[논문]전자기 구동 유영 마이크로로봇

변동학; 김준영; 백승만; 최현철; 박종오; 박석호

doi:10.3795/ksme-a.2009.33.11.1300

전자기 구동 유영 마이크로로봇
Swimming Microrobot Actuated by External Magnetic Field 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.33 no.11=no.290, 2009년, pp.1300 - 1305

변동학 (전남대학교 기계시스템공학부) , 김준영 (전남대학교 기계시스템공학부) , 백승만 (전남대학교 기계시스템공학부) , 최현철 (전남대학교 기계공학과) , 박종오 (전남대학교 기계시스템공학부) , 박석호 (전남대학교 기계시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The various electromagnetic based actuation(EMA) methods have been proposed for actuating microrobot. The advantage of EMA is that it can provide wireless driving to microrobot. In this reason a lot of researchers have been focusing on the EMA driven microrobot. This paper proposed a swimming microrobot driven by external alternating magnet field which is generated by two pairs of Helmholtz coils. The microrobot has a fish-like shape and consists of a buoyant robot body, a permanent magnet, and a fin. The fin is directly linked to the permanent magnet and the magnet is swung by the alternating magnet field, which makes the propulsion and steering power of the robot. In this paper, firstly, we designed the locomotive mechanism of the microrobot boy EMA. Secondly, we set up the control system. Finally, we demonstrated the swimming robot and evaluated the performance of the microrobot by the experiments.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 우리는 외부자기장으로 움직이는 유영 마이크로로봇을 제작하고 실험하였다. 유영 마이크로로봇을 2차원 평면상에서 자유롭게 유영시키기 위해 2쌍의 헬름홀츠 코일을 사용하여 균일한 자기장을 생성하였고 조이스틱으로 유영 마이크로 로봇을 움직이는 실험을 수행하였다.
본 연구에서는 2쌍의 헬름홀츠 코일에서 발생한 자기장을 이용하여 물고기 로봇을 움직일 수 있는 방법을 제안하였다. 물고기 로봇은 영구자석으로 만들어진 몸체와 PDMS(Polydimethylsiloxane) 재질의지느러미를 갖는다.
본 연구에서는 물고기의 움직임을 모사하여 혈관 내에서 이동할 수 있는 유영 마이크로로봇을 개발하고자 한다.(1)

제안 방법

있다. B.J. Nelsone 외부자기장으로 구동하며, 박테리아의 편모운동을 모사한 로봇을 제안하였다(2) 이 로봇은 외부의 회전자계를 이용하여 나사 모양의 몸체가 회전하며 추진력을 얻는 원리를 이용하였다. S.
그 후, 헬름홀츠 코일과 유영 로봇을 제작하고, 이동제어 실험을 수행하였다. 마지막으로 다양한 실험을 통해 유영 로봇의 최적화된 사양을 유도하였다.
이 실험에서는 제작된 로봇이 놓인 수조가 관심영역 내부에 위치하게 된다. 로봇의 움직임을 관찰하기위해 Camscope(Sometech Vision)를 설치하였다.
마이크로로봇의 최적화 된 길이를 알아보기 위하여 지느러미 길이를 6 ~ 15mm까지 변화를 주면서 실험을 해보았다. 지느러미 회전각도는 70° 로 고정하였고 결과는 Fig.
그 후, 헬름홀츠 코일과 유영 로봇을 제작하고, 이동제어 실험을 수행하였다. 마지막으로 다양한 실험을 통해 유영 로봇의 최적화된 사양을 유도하였다.
실험하였다. 유영 마이크로로봇을 2차원 평면상에서 자유롭게 유영시키기 위해 2쌍의 헬름홀츠 코일을 사용하여 균일한 자기장을 생성하였고 조이스틱으로 유영 마이크로 로봇을 움직이는 실험을 수행하였다. 실제 자유 유영 모습은 Fig.
이 실험에서는 사각형태의 헬름홀츠 코일을 사용하였다 (3) 코일부 설계 시 각 코일에 흐르는 전류 값이 같으면 관심영역 내부에 같은 크기의 자기장이 형성되도록 권선수를 정하였다. 각 코일의 직경과 권선 수 및 전체 크기는 Table.
제작된 유영 마이크로로봇의 최적 성능 상태를 찾기 위해 지느러미의 회전각도의 변화에 따른 이동속도를 측정하는 실험을 하였다. 유영 마이크로로봇의 지느러미 길이는 9mm로 했으며 주파수는 0.
조이스틱에서 입력된 값들을 분석하고, 유영 방향에 따른 자기장의 세기와 방향을 제어할 수 있도록 PXI 제어기와 LabVIEW(National Instrument),그리고 전류의 제어가 가능한 파워 서플라이(Agilent 6652A)를 사용하였다. 이 때, 코일에 흐르는 전류의 방향을 제어하기 위해 릴레이 소자로 이루어진 회로를 이용하였다.

대상 데이터

5에 나타내었다. 로봇의 전체 크기는 1.44x12.3×3mm이다. 몸체와 구동부를 합친 길이는 3.
3×3mm이다. 몸체와 구동부를 합친 길이는 3.3mm이고 지느러미 길이는 9mm이며 두께는 0.2mm이다.
본 연구에서 사용되는 2쌍의 헬름홀츠 코일은 Fig. 1과 같이 x축과 y축 상에 배치되고 각 코일에 의해 발생되는 자기장의 세기와 방향을 제어하면 x-y평면상의 임의의 방향으로 균일한 자기장 형성이 가능하다. 이때 발생된 자기장의 방향과 영구자석의 자화방향이 일치할 때까지 토크가 발생하며 영구자석은 자기장의 방향과 일치할 때까지 회전하게 된다.
측정하는 실험을 하였다. 유영 마이크로로봇의 지느러미 길이는 9mm로 했으며 주파수는 0.9Hz로 하였다. 실험결과는 Fig.

데이터처리

설계된 코일 시스템을 검증하기 위해 MATLAB 프로그램을 이용하여 입력한 전류에 의해 관심 영역 내에 형성되는 자기장을 분석하였다. 관심 영역은 0.

성능/효과

구동부로 이루어져있다.(3) 기존 유영 마이크로로봇은 추진력을 발생시키기 위해 동력부에 배터 리와 소형 모터를 삽입 하여 마이크로로봇이 라는 이름에 걸맞지 않게 구조가 복잡하고 크게 제작될 수밖에 없었다. 우리는 이러한 문제점을 해결하기 위해 동력부를 제거하고 앞서 언급한 외부전자기장을 이용하여 동력 제공 시스템을 선택함에 따라 마이크로로봇의 크기를 줄일 수 있었다.
이때 화살표의 방향은 자기장의 방향, 길이는 자기장의 세기를 나타낸다. 여기에서 알 수 있듯이 약 45°방향으로 균일한 자기장이 형성되므로 코일 시스템은 본 연구에 적합하게 설계되었다고 할 수 있다.
11에 나타내었다. 유영 마이크로로봇의 성능을 최적화할 수 있는 조건을 찾기 위해 지느러미 길이 변화 실험, 지느러미 각도 변화 실험을 하였으며, 다양한 경우에 대한 실험을 통하여 지느러미의 길이가 9mm, 회전각도는 60 ~ 80°, 주파수는 0.9 ~ 1Hz의 조건에서 유영로봇은 응답성이 좋고 유연한 움직임과 빠른 속도(20 ~ 25mm/s)를 보였다.

참고문헌 (8)

Abbott, J. J., Nagy, Z., Beyeler, F. and Nelson, B. J., 2007, 'Robotics in the Small-Part I : Microrobotics,' IEEE Robotics and Automation Magazine, pp. 92-103

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Zhang, L., Abbott, J. J., Dong, L., Kratochvil, B. E., Bell, D. and Nelson, B. J., 2009, 'Artificial Bacterial Flagella : Fabrication and Magnetic Control,' Applied Physics Letter, pp. 94-96

상세보기
Bar-Cohen, Yoseph, 2005, 'Biomimetics : Biologically Inspired Technologies,' CRC
Guo, S., Sawamoto, J. and Pan, Q., 2005, A Novel Type of Microbot for Biomedical Application, IROS, pp. 1047-1052
Park, S. and Park, J., 2008, 'Frontier Research Program on Biomedical Microrobot for Intravascular Therapy,' IEEE BIOROB 2008, pp. 360-365
Choi, H., Choi, J., Jang, G., Park, J. and Park, S., 'Two Dimensional Actuation Of Microrobot With Stationary Two-Pair Coils System,' Smart Materials and Structures, accepted

상세보기
Hayt, W.H. and Buck, J. A., 2006, 'Engineering Electromagnetic,' McGraw-Hill, pp. 279-288
Alamgir, A.K.M., Fang, J., Gu, C. and Han, Z., 2005, 'Square Helmholtz Coil with Homogeneous Field for Magnetic Measurement of Longer HTS Tapes,' Physica C424, pp. 17-24

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