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캡슐형 내시경의 자율주행 메커니즘 연구

A Study on the Development of Self Locomotion Mechanism of Capsule Endoscope

초록/요약

Most researches on internal mobile robot are going on based on the invasive clamping functions which generate the propulsion through a direct contact with organic tubes. In this paper we propose a novel locomotion mechanism, which moves fundamentally based on a spiral profile and generates the additional force by transferring the rotational movement to the linear movement. The essence of proposed mechanism is development of a suitable rotation-linear movement interface mechanism and a non-invasive clamping function. We contrived the interface mechanism inspired by cogging force and implemented the non-invasive clamping function with a spiral structure having different drag coefficients by direction. In this paper, we estimated the behavior of the rotation-linear interface mechanism based on magnetics and verified the behavior through experiments using LDV and also analyzed the significance of the directional friction structure and proved the performance through basic experiments. Finally, we estimated the behavior of whole robot based on the simplified kinetic model and validated the potential of this mechanism through a final experiment, which was conducted in a hypothetical organic tube filled with a fluid

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초록/요약

현재 제시된 캡슐내시경의 이동방식에 대한 연구는 대부분 생체 내 유기체관을 직접적인 접촉을 갖는 침습적인 Stick-Slip 메커니즘을 이용한다. 이 논문은 나선회전에 의하여 1차적인 추진력을 갖는 동시에 회전운동을 선형운동으로 변환하여 유체 내에서의 반발력을 이용하여 2차 추진력을 갖는 캡슐형 이동로봇을 제안한다. 제안하는 로봇의 이동방식의 핵심은 회전운동을 선형운동으로 변환하는 메커니즘의 개발과 비침습적인 스틱-슬립(stick-slip) 메커니즘의 구현에 있다. 우리는 두 개의 영구자석과 모터를 이용하여 자석간의 인⋅척력이 선형운동을 발생시키는 방식을 개발하였다. 또 진행방향으로 적은 마찰력이 발생시키도록 나선의 단면구조를 개선하였다. 논문은 상기 제시한 메커니즘을 차례대로 제시한다. 또 각 메카니즘을 동역학적으로 분석하고 실험을 통해 입증한다. 최종적으로 는 유기체관과 유사한 환경을 구성하고 제작된 시제품을 이용하여 성능을 검증한다.

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목차

1. 서론 = 1
2. 회전-직선운동 연동 메커니즘 = 6
3. 방향적 마찰력을 위한 나선구조설계 = 15
3.1 나선구조의 설계 = 15
3.2 나선구조의 성능검증 = 19
4. 거동 분석 = 23
5. 최종실험 = 29
5.1 성능 비교실험 = 29
5.2 자석의 형상변화를 통한 성능비교실험 = 33
6. 결론 = 38
참고문헌 = 39
LIST OF FIGURES
Fig. 1.1. capsule endoscope using linear actuation = 2
Fig. 1.2. The mobile microrobot using spiral movement. = 5
Fig. 2.1. Rotation-linear movement interface mechanism. = 7
Fig. 2.2. Models for behavior estimation. = 10
Fig. 2.3. Simulation result = 11
Fig. 2.4. Verification experiment for dynamic pattern of interface mechanism = 14
Fig. 3.1. Cross-sectional view of rib = 16
Fig. 3.2 Implementation of spiral friction film for clamping = 17
Fig. 3.3. Installation of directional friction spirals = 18
Fig. 3.4. Experiment setup for measuring the performance of directional friction film = 20
Fig. 3.5. Performance test of directional friction film = 21
Fig. 4.1 Simplified model for Kinetic analysis. = 25
Fig. 4.2 Simulation result using simplified kinetic model = 28
Fig. 5.1. Snap shots of the experiment = 30
Fig. 5.2. Undesirable backward movement = 32
Fig. 5.3. Cross-sectional view of add-on type part = 34
Fig. 5.4. Photographs of additional parts = 34
LIST OF TABLES
TABLE 3.1 Design Variable of Spiral Friction Film = 16
TABLE 4.1 Nomenclature for Kinetic Analysis = 24
TABLE 5.1 Performance Comparison Experiment Result = 31
TABLE 5.2 Design variables for add-on type part = 35
TABLE 5.3 Design Variables Optimize Experiment result = 36

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