磁场控制系统

IPC分类号 : A61B1/005,A61M37/00,B25J5/00,B25J7/00,B25J9/16,H01F38/14,H01F5/02

申请号

CN201780049009.3

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专利摘要

本发明一实施例的磁场控制系统包括：结构形成部，形成具有内部空间的立体结构；磁场生成部，从上述结构形成部的规定位置延伸而成，以朝向在上述内部空间形成的目标区域的方式配置，用于生成磁场；以及电源部，用于向上述磁场生成部供电。

权利要求

1.一种磁场控制系统，其特征在于，包括：

结构形成部，形成为具有内部空间的长方体或正方体的立体结构，并且以透磁率高的磁体形成；

多个磁场生成部，分别从上述结构形成部的彼此不同的位置朝上述内部空间延伸而成，以朝向在上述内部空间形成的目标区域的方式配置，用于生成磁场；以及

多个电源部，分别与上述多个磁场生成部单独连接，用于向上述磁场生成部供电，

其中，上述多个磁场生成部的每一个包括：

磁芯，从上述结构形成部延伸而成；

线圈，卷绕于上述磁芯；以及

可变电容器，一端与上述线圈的另一端相连接，另一端与一个上述电源部相连接，

其中，各个上述线圈、上述可变电容器及上述电源部形成闭合电路，上述闭合电路的共振频率根据上述可变电容器的电容改变，

随着电流施加于上述线圈，形成于上述磁芯磁场、形成于上述结构形成部的磁场以及形成于上述目标区域的磁场形成闭合磁路。

2.根据权利要求1所述的磁场控制系统，其特征在于，上述可变电容器的电容具有相同或不相同的值。

3.根据权利要求1所述的磁场控制系统，其特征在于，上述磁芯由圆筒形态的磁体形成。

4.根据权利要求1所述的磁场控制系统，其特征在于，上述可变电容器分别由并联的多个电容器形成。

5.根据权利要求1所述的磁场控制系统，其特征在于，

上述磁芯以从上述长方体或正方体的顶点延伸并朝向上述目标区域的方式配置。

6.根据权利要求1所述的磁场控制系统，其特征在于，

上述立体结构为球，

上述结构形成部包括以使在内部形成的面相互正交且中心点相同的方式相结合的2个圆形磁芯环，

上述磁芯以从上述2个圆形磁芯环的规定位置朝向上述目标区域的方式配置。

说明书

技术领域

本发明涉及磁场控制系统，更详细地，涉及可控制管内移动装置的移动的磁场控制系统。

背景技术

电磁驱动系统为利用导电的线圈所生成的磁场来控制磁性微型机器人或磁导管的磁场生成装置。微型机器人或导管主要插入于人体内部来有效执行诊断疾病或者传递药物等人难以直接执行的动作。为了驱动微型机器人或导管而使用交流磁场，尤其，为了打通堵塞的血管而使用利用高磁密度及频率的旋转磁场(rotating magnetic field)的钻井运动(drilling motion)。

但是，以往的电磁驱动系统利用开磁路来生成密度相对低的磁场，尤其，因自感效果，发生随着频率的提高，交流磁场的大小急剧减少的现象。即，以往的电磁驱动系统利用开磁路，因此，磁场向外部泄露，无法克服基于频率的磁场弱化效果，而无法生成高密度的高频磁场，因此，微型机器人的驱动速度及任务执行能力受到限制。

为了克服这种限制，利用反馈控制来考虑基于频率的磁场的减少效果来进行控制，但无法解决输出降低的本质性的问题。并且，作为其他解决方案，缩小电磁驱动系统的大小或者增加电流来增加磁场的强度，内部空间变小且因增加的电流而导致效率降低。

发明内容

技术问题

本发明实施例的目的在于，提供可有效增加在目标区域生成的磁场的大小的磁场控制系统。

本发明实施例的目的在于，提供改变共振频率并生成磁场的磁场控制系统。

本发明提供在具有如血管的脉动环境的管中可稳定控制位置的磁场控制系统。

并且，本发明提供具有爬行运动的移动远离并可转换方向的磁场控制系统。

本发明所要解决的技术问题在于，提供转向性得到提高的磁场控制系统。

本发明的技术问题并不局限于以上提及的技术问题，本发明所属技术领域的普通技术人员可从以下的记载明确理解未提及的其他技术问题。

技术方案

本发明一实施例的磁场控制系统可包括：结构形成部，形成具有内部空间的立体结构；磁场生成部，从上述结构形成部的规定位置延伸而成，以朝向在上述内部空间形成的目标区域的方式配置，用于生成磁场；以及电源部，用于向上述磁场生成部供电。

在一实施例中，上述磁场生成部可包括第一磁场生成部及第二磁场生成部，上述电源部包括第一电源部及第二电源部，上述第一磁场生成部包括：第一磁芯，从上述结构形成部的规定位置延伸而成；第一线圈，卷绕于上述第一磁芯；以及第一可变电容器，一端与上述第一线圈的另一端相连接，另一端与上述第一电源部相连接，上述第二磁场生成部包括：第二磁芯，从上述结构形成部的规定位置延伸而成；第二线圈，卷绕于上述第二磁芯；以及第二可变电容器，一端与上述第二线圈的另一端相连接，另一端与上述第二电源部相连接。

在一实施例中，上述第一线圈、第一可变电容器及上述第一电源部形成第一闭合电路，上述第一闭合电路的共振频率根据上述第一可变电容器的电容改变。

在一实施例中，上述第二线圈、第二可变电容器及上述第二电源部形成第二闭合电路，上述第二闭合电路的共振频率根据上述第二可变电容器的电容改变。

在一实施例中，上述第一可变电容器及第二可变电容器的电容可具有相同或不相同的值。

在一实施例中，上述第一磁芯及第二磁芯可由圆筒形态的磁体形成。

在一实施例中，上述第一可变电容器及第二可变电容器分别可由并联的多个电容器形成。

在一实施例中，上述磁场生成部形成有多个，上述磁场生成部可包括：多个磁芯，从上述结构形成部的规定位置延伸而成；多个线圈，卷绕于上述多个磁芯的每一个；以及多个可变电容器，一端分别与上述多个线圈的另一端相连接，另一端分别与上述电源部相连接。

在一实施例中，上述电源部以向上述多个线圈的每一个单独供电的方式形成有多个。

在一实施例中，在上述多个线圈、上述多个可变电容器及上述电源部中，相互连接的线圈、可变电容器及电源部形成闭合电路，上述闭合电路的共振频率根据上述可变电容器的电容值改变。

在一实施例中，上述立体结构为长方体或正方体，上述多个磁芯能够以从上述长方体或正方体的顶点延伸并朝向上述目标区域的方式配置。

在一实施例中，上述立体结构为球，上述结构形成部包括以使在内部形成的面相互正交且中心点相同的方式相结合的2个圆形磁芯环，上述多个磁芯能够以从上述2个圆形磁芯环的规定位置朝向上述目标区域的方式配置。

有益效果

根据本发明，可有效增加在目标区域生成的磁场的大小。

并且，根据本发明，可改变共振频率并生成磁场。

并且，根据本发明，生成旋转并振动的外部磁场，强制同步移动机器人与磁场，利用移动机器人的腿部和管壁的摩擦力来形成爬行运动，与姿势无关地一直维持规定的移动性能，并可维持稳定的位置。

并且，根据本发明，移动机器人与管的直径无关地，可实现前进、后退及方向转换。

并且，根据本发明，包括磁矩方向或大小不相同的至少两个磁体来提高管的转向性。

附图说明

图1示出本发明第一实施例的磁场生成装置。

图2具体示出本发明第一实施例的磁场生成装置的第一磁场生成部。

图3具体示出本发明第一实施例的磁场生成装置的第二磁场生成部。

图4示出本发明第二实施例的磁场生成装置。

图5具体示出在本发明第二实施例的磁场生成装置的多个磁场生成部中的一个。

图6示出本发明第三实施例的磁场生成装置。

图7为示出通过普通磁场生成装置生成的磁场的图。

图8为示出通过本发明第一实施例的磁场生成装置生成的磁场的图。

图9为示出根据向没有可变电容器的磁场生成装置施加的电压的频率变化的磁场的变化的图。

图10为示出根据向具有可变电容器的磁场生成装置施加的电压的频率变化的磁场的变化的图。

图11为示出本发明一实施例的移动机器人的立体图。

图12为示出图11的移动机器人的分解立体图。

图13为示出图11的移动模块的剖视图。

图14为示出施加本发明实施例的外部磁场的例的图。

图15为示出移动机器人沿着振动磁场的旋转方向移动的图。

图16为示出移动机器人通过进行旋转的振动磁场进行旋转的过程的图。

图17至图19为依次示出移动机器人通过外部磁场改变移动方向的过程的图。

图20为示出图17的移动机器人中的转向磁铁和移动磁铁的配置关系的图。

图21为示出图19的移动机器人中的转向磁铁和移动磁铁的配置关系的图。

图22为示出本发明实施例的移动机器人在Y型分管中移动及转换方向的实验照片。

图23为比较实验本发明的移动机器人及作为与此的比较对象的旋转磁力机器人在直线管中移动的照片及其结果的图表。

图24为用于说明本发明实施例的磁管系统的图。

图25为用于说明本发明第一实施例的磁管系统的图。

图26为用于说明本发明第二实施例的磁管系统的图。

图27为用于说明本发明第三实施例的磁管系统的图。

图28为用于说明本发明第四实施例的磁管系统的图。

图29为用于说明本发明第五实施例的磁管系统的图。

图30为示出当向本发明的第五实施例的磁管系统施加弱强度的外部磁场时的磁管系统的变形例的图。

图31为示出当向本发明的第五实施例的磁管系统施加大强度的外部磁场时的磁管系统的变形例的图。

具体实施方式

本发明一实施例的磁场控制装置可包括：结构形成部，形成具有内部空间的立体结构；磁场生成部，从上述结构形成部的规定位置延伸而成，以朝向在上述内部空间形成的目标区域的方式配置，用于生成磁场；以及电源部，用于向上述磁场生成部供电。

发明实施方式

以下，通过例示性附图详细说明本发明的一部分实施例。在向各个附图的结构要素赋予附图标记的过程中，即使呈现在不同的附图之中，对相同结构要素尽可能赋予相同的附图标记。并且，在说明本发明的实施例的过程中，在判断为与相关的公知结构或功能有关的具体说明妨碍对于本发明实施例的理解的情况下，将省略对其的详细说明。

在说明本发明实施例的结构要素的过程中，可使用第一、第二、A、B、(a)、(b)等的术语。这种术语仅用于将一个结构要素区别于另一个结构要素，相应结构要素的本质或顺次或顺序等并不受限于上述术语。并且，除非另行定义，则包括技术或科学术语在内的在此使用的所有术语的含义与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的含义相同。与通常使用的词典定义的术语相同的术语具有与相关技术的文脉所具有的含义相同的含义，除非在本说明书中明确定义，则不能被解释成理想或过于形式的含义。

本发明的磁场控制系统包括磁场生成装置和管内移动装置。磁场生成装置在管外部生成外部磁场来远程控制管内移动装置。管内移动装置可在血管、消化器官、尿道等人体的管状组织或家庭用管、产业用管等多种管环境内移动，可检验及诊断管内部的环境。管内移动装置包括移动机器人和磁管系统。

在本发明中，以磁场控制系统以将人体内的管环境作为对象的例为中心进行说明，本发明的技术思想并不局限于此，可进行多种变更。

图1示出本发明第一实施例的磁场生成装置。图2具体示出本发明第一实施例的磁场生成装置的第一磁场生成部。图3具体示出本发明第一实施例的磁场生成装置的第二磁场生成部。

首先，参照图1，本发明第一实施例的磁场生成装置100可包括结构形成部110、磁场生成部120及电源部130。

结构形成部110可形成具有内部空间S的多种立体结构。例如，立体结构可包括正方体、正方体、球、圆柱等多种形态的立体图形。因此，图1中示出结构形成部110呈正方体或长方体的立体结构，但并不局限于此。在内部空间S的规定区域可形成目标区域T。例如，目标区域T可以为生成磁场的区域。结构形成部110由透磁率高的磁体形成，使得可执行放大磁场的强度的功能。

磁场生成部120从结构形成部110的规定位置(例如，顶点)延伸而成，以朝向在内部空间S形成的目标区域T的方式配置。磁场生成部120可通过上述结构形成部110及磁场生成部120的结构减少磁场的外部泄露来在目标区域T生成高密度的磁场。磁场生成部120可包括第一磁场生成部121及第二磁场生成部122。

参照图2，第一磁场生成部121可包括：第一磁芯121a，从结构形成部110的规定位置延伸而成；第一线圈121b，卷绕于第一磁芯121a，一端与第一电源部131相连接；第一可变电容器121c，一端与第一线圈121b的另一端相连接，另一端与第一电源部131相连接。例如，第一磁芯121a可由圆筒形态的磁体形成。例如，第一可变电容器121c可由并联的多个电容器构成。

第一线圈121b、第一可变电容器121c及第一电源部131可形成第一闭合电路。例如，第一线圈121b可包括电阻R及电感器L，因此，由电阻R、电感器L、第一可变电容器121c构成的第一闭合电路的共振频率可根据第一可变电容器121c的电容改变。

参照图3，第二磁场生成部122可包括：第二磁芯122a，从结构形成部110的规定位置延伸而成；第二线圈122b，卷绕于第二磁芯122a，一端与第二电源部132相连接；以及第二可变电容器122c，一端与第二线圈122b的另一端相连接，另一端与第二电源部132相连接。例如，第二磁芯122a可由圆筒形态的磁体形成。例如，第二可变电容器122c可由并联的多个电容器构成。

第二线圈122b、第二可变电容器122c及第二电源部132可形成第二闭合电路。例如，第二线圈122b可包括电阻R及电感器L，因此，由电阻R、电感器L、第二可变电容器122c构成的第二闭合电路的共振频率可根据第二可变电容器122c的电容改变。

即，在上述第一闭合电路及第二闭合电路还追加形成有除自感之外的因可变电容器(即，第一可变电容器121c及第二可变电容器122c)的电容，从而可引发在特定频率中使磁场最大化的共振。在此情况下，可通过控制第一可变电容器121c及第二可变电容器122c的电容来调节共振点，因此，若电容的变化范围充分，则可在任何频率中引发共振。例如，第一可变电容器121c及第二可变电容器122c的电容可具有相同或不相同的值。

因此，可通过以在所需要的频率中引发共振的方式调节第一可变电容器121c和/或第二可变电容器122c的电容，来在特定频率(例如，输入电压的频率)生成磁场。

在此情况下，在第一线圈121b及第二线圈122b流动的电流如以下的数学式1所示。

数学式1

其中，V_s为施加电压的大小，f为施加电压的频率，R_c、L_c为线圈的电阻及自感，C_v为可变电容器的电容。最大电压从闭合电路的共振频率f_r 获取，共振频率可通过磁场生成部120调节。

再次参照图1，电源部130可向磁场生成部120供电。电源部130可包括向第一磁场生成部121供电的第一电源部131及向第二磁场生成部122供电的第二电源部132。图1中区分第一电源部131及第二电源部132来进行了说明，电源部130可向第一磁场生成部121及第二磁场生成部122单独供电。

图4示出本发明第二实施例的磁场生成装置。图5具体示出本发明第二实施例的磁场生成装置的多个磁场生成部中的一个。

首先，参照图4，本发明第二实施例的磁场生成装置1000可具有正方体或长方体的立体结构。

本发明第二实施例的磁场生成装置1000可包括结构形成部1100、磁场生成部1210～1280及电源部1300。

结构形成部1100可形成具有内部空间S的正方体或长方体结构。在内部空间S的规定区域可形成目标区域T。例如，目标区域T可以为生成磁场的区域。结构形成部1100由透磁率高的磁体构成，并用于放大磁场的强度。

磁场生成部1210～1280从结构形成部1100的规定位置(例如，8个顶点)延伸而成，以朝向在内部空间S形成的目标区域T的方式配置。磁场生成部1210～1280可通过上述结构形成部1100及磁场生成部1210～1280的结构减少磁场的外部泄露来在目标区域T生成高密度的磁场。磁场生成部1210～1280可形成多个，图4中示出了8个磁场生成部，但并不局限于此。

参照图5，图5示出磁场生成部1210。磁场生成部1210可包括：磁芯1211，从结构形成部1100的规定位置(例如，8个顶点中的一个)延伸而成；线圈1212，卷绕于磁芯1211，一端与第一电源部1310相连接；可变电容器1213，一端与线圈1212的另一端相连接，另一端与第一电源部1310相连接。例如，磁芯1211可由圆筒形态的磁体形成。例如，可变电容器1213可由并联的多个电容器构成。

线圈1212、可变电容器1213及第一电源部1310可形成闭合电路。例如，线圈1212可包括电阻R及电感器L，因此，由电阻R、电感器L、可变电容器1213构成的闭合电路的共振频率可根据可变电容器1213的电容改变。

另一方面，与图5有关的说明可相同地适用于其他磁场生成部1220～1280。例如，磁场生成部1220～1280也分别可包括磁芯、线圈及可变电容器，各个磁场生成部1220～1280可从对应的电源部1320～1330接收电源，各个线圈、可变电容器及电源部可形成闭合电路。

即，在多个磁场生成部1210～1280各自所形成的闭合电路可追加形成除自感之外的因可变电容器所引起的电容，从而可引发在特定频率中使磁场最大化的共振。在此情况下，可通过控制各可变电容器的电容来调节共振点，因此，若电容的变化范围充分，则可在任何频率中引发共振。例如，各个可变电容器的电容可具有相同或不相同的值。

因此，可通过以在所需要的频率中引发共振的方式调节各个可变电容器的电容，来在特定频率(例如，输入电压的频率)生成磁场。

图6示出本发明第三实施例的磁场生成装置。

参照图6，本发明第三实施例的磁场生成装置2000可具有球形态的立体结构。

本发明第三实施例的磁场生成装置2000可包括结构形成部2100、磁场生成部2210～2280及电源部2300。

图6所示的本发明第三实施例的磁场生成装置2000与参照图4及图5说明的本发明第二实施例的磁场生成装置1000的差异仅为结构形成部2100及磁场生成部2210-～280的结构及配置，磁场生成部2210～2280的动作及功能实质上相同。因此，以下，为了避免重复不必要的说明而以差异为中心简单进行说明。

结构形成部2100可形成具有内部空间S的球形态的结构。在内部空间S的规定区域可形成目标区域T。结构形成部2100可包括以在内部形成的面正交且中心点相同的方式相结合的2个圆形磁芯环R1、R2。

磁场生成部2210～2280从结构形成部2100的规定位置(例如，各个圆形磁芯环R1、R2的规定位置)延伸而成，能够以朝向在内部空间S形成的目标区域T的方式配置。磁场生成部2210～2280可通过上述结构形成部2100及磁场生成部2210～2280的结构减少磁场的外部泄露来在目标区域T生成高密度的磁场。磁场生成部2210～2280可形成多个，图6中示出8个磁场生成部，但并不局限于此。

磁场生成部2210～2280各个的具体结构与参照图5说明的内容相同。因此，以在所需要的频率中引发共振的方式调节各个可变电容器的电容，在特定频率(例如，输入电压的频率)可生成磁场。

图7为示出通过普通磁场生成装置生成的磁场的图。图8为示出通过本发明第一实施例的磁场生成装置生成的磁场的图。

参照图7及图8，在第一线圈121b向卷绕1620圈的直径为70mm且长度为250mm的第一磁芯121a及第二线圈122b向卷绕1620圈的直径为70mm且长度为250mm的第二磁芯122a分别施加10A的电流的情况下，在第一磁芯121a及第二磁芯122a的末端相隔125mm的位置(即，目标区域T)中的磁场在开磁路(参照图7)和闭合磁路(即，本发明第一实施例的磁场生成装置100，参照图8)分别为18mT、58mT。这意味着本发明第一实施例的磁场生成装置100的磁场生成能力为使用普通磁场生成装置情况的3倍以上。

图9为示出根据向没有可变电容器的磁场生成装置施加的电压的频率变化的磁场的变化的图。图10为示出根据向具有可变电容器的磁场生成装置施加的电压的频率变化的磁场的变化的图。

参照图9，可确认通过自感效果施加的电压的频率增加而生成的电流减少。相反，参照图10，可确认与没有可变电容器的情况相比，以在25.4Hz的频率中引发共振的方式调节可变电容器的电容时所产生的电流增加至2.2倍至4.3倍。因这种电流增加效果，在25.4Hz的频率中，在没有可变电容器的情况下，可生成的旋转磁场的大小为5mT，在具有可变电容器的情况下，可确认旋转磁场的大小增加至14mT。

图11为示出本发明一实施例的移动机器人的立体图。图12为示出图11的移动机器人的分解立体图。

参照图11及图12，移动机器人3000通过旋转并振动的外部磁场强制同步磁铁的磁场，由此形成爬行运动来(crawling motion)移动。

移动机器人3000包括第一转向模块3100、移动模块3200、第二转向模块3300以及第一连接部3410及第二连接部3420。

第一转向模块3100、移动模块3200及第二转向模块3300依次形成。第一转向模块3100和第二转向模块3300转换移动机器人3000的方向，生成基于爬行运动的移动。移动模块3200被上述外部磁场的控制，通过磁力向第一转向模块3100和第二转向模块3300提供驱动力。而且，第一连接部3410连接第一转向模块3100与移动模块3200，第二连接部3420连接移动模块3200与第二转向模块3300。根据实施例，第一连接部3410和第二连接部3420分别提供一对厚度薄的板并相互整齐地排列，使得连接第一转向模块3100与移动模块3200及第二转向模块3300。

第一转向模块3100包括第一转向本体3110、第一隔板3120、第一转向磁铁3130、第二转向磁铁3140以及一对腿部3151、3152。

第一转向本体3110在内部形成收容上述第一转向模块3100的结构3120、3130、3140的空间。根据实施例，第一转向本体3110可分离上部3111与下部3112。

第一隔板3120形成于第一转向本体3110的内部，能够以第一方向Y为轴进行旋转。根据实施例，第一隔板3120的上端和下端可呈圆柱形状。

第一转向磁铁3130插入并固定于第一隔板3120的上端，第二转向磁铁3140插入固定于第一隔板3120的下端。第一转向磁铁3130和第二转向磁铁3140分别呈具有与上述第一隔板3120的上端和下端相对应的内径的环形状(ring shape)。第一转向磁铁3130和第二转向磁铁3140与第一隔板3120以一体进行旋转。

第一转向磁铁3130和第二转向磁铁3140沿着横向磁化。根据实施例，第一转向磁铁3130和第二转向磁铁3140中，N极3131、3141和S极3132、3142横向排列。

第一转向磁铁3130和第二转向磁铁3140隔开规定距离并位于第一隔板3120，互不相同的极性相向配置。具体地，沿着第一方向Y相向配置第一转向磁铁3130的N极3131与第二转向磁铁3140的S极3142并相向配置第一转向磁铁3130的S极3132与第二转向磁铁3140的N极3141。因此，第一转向磁铁3130与第二转向磁铁3140之间的磁力之和为0。由此，基于外部磁场的力或扭矩不会对第一转向磁铁3130和第二转向磁铁3140的移动产生影响。

一对腿部3151、3152为具有规定长度的杆，分别与第一隔板3120的上端和下端相结合。腿部3151、3512与第一隔板3120以一体进行旋转。根据实施例，腿部3151、3152相对于第一方向Y以规定倾斜度与第一隔板3120相连接，且末端呈圆形。

图13为示出图11的移动模块的剖视图。

参照图11至图13，移动模块3200包括移动本体3210、移动磁铁3220以及移动磁铁盖3230。

移动本体3210在内部形成收容移动磁铁3220和移动磁铁盖3230的空间。移动本体3210可分离上部3211和下部3212。在移动本体3210的内部空间形成引导槽3213和卡定部3214。根据实施例，引导槽3213沿着移动本体3210的内侧周围在0度～180度的范围内形成，卡定部3214在180度～360度的范围内形成。

移动磁铁3220位于移动本体3210的内部，沿着与第一方向Y垂直的第二方向X形成。根据实施例，移动磁铁3220呈圆柱形状，具有第二方向X的中心轴。移动磁铁3220沿着与第二方向X垂直的方向磁化。与移动磁铁3220的第二方向X垂直的剖面的一半为N极3221，剩余一半为S极3222。移动磁铁3220可通过外部磁场的力和扭矩向第二方向X旋转。

移动磁铁盖3230呈前部面和后部面开放的圆筒形状，在内部形成收容移动磁铁3220的空间。移动磁铁盖3230包围移动磁铁3220的外周面。在移动磁铁盖3230的外侧面形成卡定突起3231。卡定突起3231位于引导槽3213的内部，与移动磁铁3220的旋转一同在引导槽3213内移动。卡定突起3231可沿着引导槽3213在0度～180度范围内移动。并且，卡定突起3231由于卡定部3214无法在180度～360度范围内移动。

第二转向模块3300包括第二转向本体3310、第二隔板(未图示)、第三转向磁铁、第四转向磁铁(未图示)以及一对腿部3351、3352。第二转向模块3300的各个结构与第一转向模块3100的结构相同，因此，将省略对其的详细说明。

以下，详细说明上述移动机器人的驱动原理。

移动机器人3100通过基于外部磁场的移动磁铁3220的如以下式1的磁矩运动进行移动。

式1

其中，为通过外部磁场发生的磁矩，为移动磁铁的磁矩，为外部磁场的磁通量密度。

图14为示出施加本发明实施例的外部磁场的例的图，图15为示出移动机器人沿着振动磁场的旋转方向移动的图。(A)部分示出基于向逆时针方向旋转的振动磁场的移动机器人的移动过程，(B)部分示出基于向顺时针方向旋转的振动磁场的移动机器人的移动过程。

参照图14及图15，外部磁场1使向与XY平面平行的方向振动的振动磁场2沿着移动机器人3000的周围向顺时针方向或逆时针方向3旋转360度。

如图15的(A)部分所示，当振动磁场2向逆时针方向旋转时，移动机器人3000的上侧腿部与管壁之间的摩擦力小于下侧腿部与管壁之间的摩擦力。在此情况下，移动机器人前进Δx。

如图15的(B)部分所示，当振动磁场2向顺时针方向旋转时，移动机器人3000的上侧腿部与管壁之间的摩擦力大于下部腿部与管壁之间的摩擦力。在此情况下，移动机器人3000前进Δx。

式2

其中，B₀为外部磁场的强度，α为用于外部磁场的振动的最大旋转角度，f₁为振动频率。

另一方面，在振动磁场2并不与XY平面平行的情况下，移动机器人3000的移动性能降低，在与XY平面垂直的情况下，移动机器人3000不会进行移动。

如这种XY平面所示，移动机器人3000可呈现出最大驱动性能的平面为弯曲管环境，但是，如复杂的管，在移动机器人3000不采取规定姿势进行旋转的情况下，根据姿势变化，需要改变振动磁场。此时，需通过精密且即刻反应改变振动磁场2，但是，很难通过手动方式进行操作，并会引起移动时间的增加。

在此情况下，若通过在上述180度～360度范围中旋转的磁场强制旋转移动机器人3000并生成振动磁场2，则移动机器人3000进行旋转并进行移动，并可以控制与姿势无关地使其呈现出规定的移动性能。上述进行旋转的振动磁场2通过如下式3表示。

式3

其中，f₂为外部磁场的旋转频率。

图16为示出通过进行旋转的振动磁场，移动机器人进行旋转的过程的图。

参照图16，移动磁铁3220通过在旋转的振动磁场2中产生的扭矩进行旋转。具体地，在移动磁铁3220和移动磁铁盖3230中，卡定突起3231在0度～180度旋转范围A内沿着引导槽3213移动并在移动本体3210内旋转。卡定突起3231在180度～360度旋转范围内卡在卡定部3214，移动磁铁盖3230和移动盖3210通过移动磁铁3220的旋转力一同旋转。由此，整体移动机器人3000可被强制旋转。

图17至图19为依次示出移动机器人通过外部磁场改变移动方向的过程的图，图20为示出图17的移动机器人中的转向磁铁和移动磁铁的配置关系的图，图21为示出图19的移动机器人中的转向磁铁和移动磁铁的配置关系的图。

参照图17至图21，确定移动方向的摩擦力的方向受到腿部3151、3152、3351、3352的倾斜方向的影响，移动机器人3000可通过腿部3151、3152、3351、3352倾斜方向的翻转转换前进或后退的方向。

如上所述，第一转向磁铁3130与第二转向磁铁3140之间的磁矩的之和为0，从而不受到外部磁场的影响，仅受到移动磁铁3220的引力和斥力的影响。

移动磁铁3220的一个极向第一转向磁铁3130施加磁力，另一个极向第二转向磁铁3140施加磁力。若移动磁铁3220在0度～180度旋转范围内进行旋转，则转向磁铁3130、3140通过与移动磁铁3220的斥力受到扭矩来以第一方向Y为轴进行旋转。隔板3120及附着于隔板3120的腿部3151、3152、3351、3352根据转向磁铁3130、3140的旋转进行旋转，使得腿部3151、3152、3351、3352的倾斜方向发生变化并改变移动机器人3000的移动方向。

图22为示出本发明实施例的移动机器人的Y型分管中的移动及方向转换的实验照片。

参照图22，用于实验的移动机器人的最大宽度为13mm且最大长度为27mm。图22示出移动机器人在Y型分管中通过14mT的旋转的振动磁场移动及转换方向的状态。作为上述式(3)的外部磁场生成变数的振动角度、振动频率及旋转频率分别为60度、8Hz及10Hz。当设计的移动机器人从1过程向2过程时，使旋转的振动磁场的旋转轴弯曲来转换旋转方向，当从2过程向3过程时，使用上述方向转换方法来改变了腿部的倾斜方向。作为相同方法，通过使振动磁场的旋转轴弯曲来改变腿部的倾斜方向的方式使Y型分管均返回到原来位置。

图23为比较实验本发明的移动机器人及作为与此的比较对象的旋转磁力机器人的直线管中的移动的照片及其结果的图表。实验通过在直线管内发生脉动流来进行。(a)部分为本发明的移动机器人1和旋转磁力机器人2在直线管内移动的状态的照片，(b)部分为示出在直线管流动的脉动流的基于时间的流量变化的图表，(c)部分为示出基于时间的各个机器人3001、3002的移动距离的图表。

移动机器人3001使用了上述揭示的外部磁场生成变数，旋转磁力机器人3002使用了9Hz的旋转磁场。在0～2.5秒钟的时间内未通过外部磁场控制两个机器人3001、3002，之后至17秒钟为止通过外部磁场进行了控制。作为测定结果，当没有外部磁场的控制的情况下，与通过脉动流移动的旋转磁力机器人3002相比，本发明的移动机器人3001稳定地维持了位置。并且，当通过外部磁场进行控制时，与根据脉动频率而发生大的位置变化的旋转磁力机器人3002相比，本发明的移动机器人3001并未向后移动，而是呈现出比较稳定地位置增加量。

图24为用于说明本发明实施例的磁管系统的图。

参照图24，磁管系统4100包括管4110及磁铁部4120。

管4110呈具有规定直径的管形状，由柔性材料形成。

磁铁部4120向管4110插入，以使磁矩的方向通过外部磁场生成的磁力方向整列的方式改变管4110的形态。磁铁部4120可包括至少两个磁体4122、4124、4126、4128、4130。上述磁体可向管4110的长度方向X依次插入。上述磁体维持规定距离地插入。

根据实施例，上述多个磁体的磁矩方向可以不相同。磁矩方向不相同的至少两个上述磁体中的一个磁体的磁矩方向与管4110的长度方向X相同，另一个磁体的磁矩方向与管4110的长度方向X形成规定角度。另一个磁体具有磁矩方向与管4110的长度方向X相同的上述磁体相反方向的磁矩。

根据实施例，上述磁体的磁矩大小可以不相同。在磁矩大小不相同的至少两个上述磁体中的一个磁体的磁矩大于磁矩大小不相同的另一个磁体的磁矩大小。

在向上述磁管系统4100施加外部磁场的情况下，通过外部磁场向磁管系统4100插入的磁铁部4120所承受的磁力和磁矩可通过如下式表示。

式4

式5

其中，为磁铁部120的磁矩，为外部磁场的磁通量密度。

通过式4及式5，可计算向磁管系统4100插入的磁铁部4120所承受的磁力和磁矩。

在磁铁部4120通过外部磁场受到的磁矩的大小大于管4110的弹力的情况下，以使磁铁部4120的磁矩方向与外部磁场的磁力方向相同的方式改变管4110。

以下，说明上述磁管系统的多种实施例。本实施例中，磁铁部4120包括5个磁体4122、4124、4126、4128、4130，但是，磁体的数量可以改变。

图25为用于说明本发明第一实施例的磁管系统的图。4100A示出在施加外部磁场之前的磁管系统，4100B示出基于施加外部磁场的磁管系统的变形状态。

首先，参照图25的4100A，磁管系统4100包括管4110及向管插入的第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130。

向磁管系统4100A的管4110插入的第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130的磁矩4122a、4124a、4126a、4128a、4130A的方向不相同，大小相同。

第一磁体4122的磁矩4122a方向与管4110的长度方向X相垂直，第三磁体4126的磁矩4126a方向与管4110的长度方向X形成45度角，第五磁体4130的磁矩4130a方向与管4110的长度方向X相同。第二磁体4124的磁矩4124a方向在第一磁体4122的磁矩4122a的方向与第三磁体4126的磁矩4126a的方向之间的范围内与管的长度方向X形成规定角度，第四磁体4128的磁矩4128a方向在第三磁体4126的磁矩4126a的方向与第五磁体4130的磁矩4130a的方向之间的范围内与管的长度方向X形成规定角度。根据实施例，第二磁体4124的磁矩4124a方向与管4110的长度方向X形成67.5度角，第四磁体4128的磁矩4128a方向与管4110的长度方向X形成22.5度角。

参照图25的4100B，在通过外部磁场生成的磁力方向与管4110的长度方向X相同的情况下，第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130从外部磁场受到磁矩来使磁矩4122a、4124a、4126a、4128a、4130a的方向与外部磁场的磁力方向相同。

具体地，第一磁体4122向顺时针方向方向旋转90度并使管变形，以使磁矩4122a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同。第二磁体4124向顺时针方向旋转67.5度并使管变形，以使磁矩4124a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同。第三磁体4126向顺时针方向旋转45度并使管变形，以使磁矩4126a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同。第四磁体4128向顺时针方向旋转22.5度并使管变形，以使磁矩4128a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同。第五磁体4130因磁矩4130a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同而不使管变形。

通过上述第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130的整列，管4110的末端朝下弯曲。

图26为用于说明本发明第二实施例的磁管系统的图。4100A示出在施加外部磁场之前的磁管系统，4100B示出基于施加外部磁场的磁管系统的变形状态。

参照图26，磁管系统4100包括管4110及向管插入的第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130。

向磁管系统4100A的管4110插入的第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130的磁矩4122a、4124a、4126a、4128a、4130a的方向不相同，大小相同。

第一磁体4122的磁矩4122a方向为管4110的长度方向X的相反方向，第二磁体4124的磁矩4124a方向与管4110的长度方向X形成135度角，第三磁体4126的磁矩4126a方向与管4110的长度方向X垂直，第四磁体4128的磁矩4128a方向与管4110的长度方向X形成45度角，第五磁体4130的磁矩4130a方向与管4110的长度方向X相同。

参照图26的4100B，在通过外部磁场生成的磁力方向与管4110的长度方向X相同的情况下，第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130从外部磁场受到磁矩来使磁矩4122a、4124a、4126a、4128a、4130a的方向与外部磁场的磁力方向相同。

具体地，第一磁体4122向顺时针方向旋转180度并使管变形，以使磁矩4122a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同。第二磁体4124向顺时针方向旋转135度并使管变形，以使磁矩4124a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同。第三磁体4126向顺时针方向旋转90度并使管变形，以使磁矩4126a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同。第四磁体4128向顺时针方向旋转45度并使管变形，以使磁矩4128a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同。第五磁体4130因磁矩4130a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同而不使管变形。

通过上述第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130的整列，管4110可变为C形状。

图27为用于说明本发明第三实施例的磁管系统的图。4100A示出在施加外部磁场之前的磁管系统，4100B示出基于施加外部磁场的磁管系统的变形状态。

参照图27，磁管系统4100包括管4110及向管插入的第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130。

第一磁体4122及第五磁体4130的磁矩4122a、4130a方向与管4110的长度方向X相同，第二磁体4124及第四磁体4128的磁矩4124a、4128a方向与管4110的长度方向X形成45度角，第三磁体4126的磁矩4126a方向与管4110的长度方向X垂直。

参照图27的4100B，在通过外部磁场生成的磁力方向与管4110的长度方向X相同的情况下，第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130从外部磁场受到磁矩来使磁矩4122a、4124a、4126a、4128a、4130a的方向与外部磁场的磁力方向相同。

具体地，第一磁体4122及第五磁体4130因磁矩4122、4130a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同而不会使管变形。第二磁体4124及第四磁体4128向顺时针方向旋转45堵并并使管变形，以使磁矩4124a、4128a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同。第三磁体4126向顺时针方向旋转90度并使管变形，以使磁矩4126a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同。

管4110通过上述第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130的整列以方向发生两次变更的形状弯曲。

图28为用于说明本发明第四实施例的磁管系统的图。4100A示出在施加外部磁场之前的磁管系统，4100B示出基于施加外部磁场的磁管系统的变形状态。

参照图28，磁管系统4100包括管4110及向管插入的第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130。

第一磁体4122及第五磁体4130的磁矩4122a、4130a方向与管4110的长度方向X相同，第二磁体4124及第四磁体4128的磁矩4124a、4128a方向与管4110的长度方向X垂直，第三磁体4126的磁矩4126a方向与管4110的长度方向X相反。

参照图28的4100B，在通过外部磁场生成的磁力方向与管4110的长度方向X相同的情况下，第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130从外部磁场受到磁矩来使磁矩4122a、4124a、4126a、4128a、4130a的方向与外部磁场的磁力方向相同。

具体地，第一磁体4122及第五磁体4130因磁矩4122a、4130a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同而不使管变形。第二磁体4124及第四磁体4128向顺时针方向旋转90度并使管变形，以使磁矩4124a、4128a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同。第三磁体4126向顺时针方向旋转180度斌使管变形，以使磁矩4126a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同。

管4110通过上述第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130的整列而弯曲为S字形状。

图29为用于说明本发明第五实施例的磁管系统的图。

参照图29，磁管系统4100包括管4110及向管插入的第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130。

向磁管系统4100A的管4110插入的第一磁体4122、第二磁体4124、第三磁体4126、第四磁体4128、第五磁体4130与磁矩4122a、4124a、4126a、4128a、4130a的方向和大小不相同。

第三磁体4126及第五磁体4130的磁矩4126a、4130a大小大于第一磁体4122、第二磁体4124及第四磁体4128的磁矩4122a、4124a、4128a大小。

图30为示出当向本发明的第五实施例的磁管系统施加弱强度的外部磁场时的磁管系统的变形例的图。

参照图30，外部磁场4200的磁力能够以弱的强度向与管的长度方向X相同的方向施加。

由于施加外部磁场4200，与第一磁体4122、第二磁体4124及第四磁体4128相比，磁矩的大小大的第三磁体4126及第五磁体4130承受更大的磁力和磁矩。由此，第三磁体4126及第五磁体4130可向外部磁场4200的磁力方向整列。

具体地，第三磁体4126向顺时针方向旋转90度并使管变形，以使磁矩4126a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同。第五磁体4130因磁矩4130a的方向与外部磁场4200的磁力方向相同而不会使管变形。

相反，第一磁体4122、第二磁体4124及第四磁体4128因小的磁矩而从外部磁场4200承受弱强度的磁矩和磁力。因此，无法克服管4110的弹性，从而无法向外部磁场4200的磁力方向整列。

图31为示出当向本发明的第五实施例的磁管系统施加大强度的外部磁场时的磁管系统的变形例的图。

参照图31，外部磁场4200的磁力能够以大强度向与管的长度方向X相同的方向施加。