KR101713386B1 - 3축 힘 측정장치, 이를 이용한 스타팅 블록, 그 측정 시스템, 이를 이용한 출발 반응시간 및 반발력 측정방법, 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체 - Google Patents

3축 힘 측정장치, 이를 이용한 스타팅 블록, 그 측정 시스템, 이를 이용한 출발 반응시간 및 반발력 측정방법, 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체 Download PDF

Info

Publication number
KR101713386B1
KR101713386B1 KR1020140176166A KR20140176166A KR101713386B1 KR 101713386 B1 KR101713386 B1 KR 101713386B1 KR 1020140176166 A KR1020140176166 A KR 1020140176166A KR 20140176166 A KR20140176166 A KR 20140176166A KR 101713386 B1 KR101713386 B1 KR 101713386B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
measuring device
repulsive force
bar
measurement bar
measuring
Prior art date
Application number
KR1020140176166A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160070307A (ko
Inventor
이정태
박연규
오정환
정익수
최수남
Original Assignee
한국표준과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국표준과학연구원 filed Critical 한국표준과학연구원
Priority to KR1020140176166A priority Critical patent/KR101713386B1/ko
Publication of KR20160070307A publication Critical patent/KR20160070307A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101713386B1 publication Critical patent/KR101713386B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
    • G01L5/1627—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of strain gauges
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B26/00—Exercising apparatus not covered by groups A63B1/00 - A63B25/00
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B69/00—Training appliances or apparatus for special sports
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63K—RACING; RIDING SPORTS; EQUIPMENT OR ACCESSORIES THEREFOR
    • A63K3/00—Equipment or accessories for racing or riding sports
    • A63K3/02—Starting-appliances
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S177/00—Weighing scales
    • Y10S177/09—Scale bearings

Abstract

본 발명은 육상에서 출발 전 선수들의 발 밑을 지지하는 스타팅 블록에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 3축 힘 측정장치, 이를 구비한 스타팅 블록, 그 측정 시스템, 이를 이용한 출발 반응시간 및 반발력 측정방법, 컴퓨터 프로그램 및 기록매체에 관한 것이다. 이를 위하여 스타팅 블록의 발판의 전방에 구성되고, 사용자에 의해 발생되는 반발력이 작용되는 전방 돌출부; 일단이 전방 돌출부와 연결되고, 반발력의 z방향 분력을 측정하는 z방향 측정바; 일단이 z방향 측정바와 연결되고, 반발력의 x방향 분력을 측정하는 x방향 측정바; 및 일단이 z방향 측정바와 연결되고, 반발력의 y방향 분력을 측정하는 y방향 측정바;를 포함하고, 스타팅 블록의 발판에 장착되어 사용자의 출발시간 및 반발력 중 적어도 하나가 측정되는 것을 특징으로 하는 3축 힘 측정장치가 제공될 수 있다. 이에 따르면 육상 선수의 출발 시에 좌우 양발이 발휘하는 모든 힘들을 설명할 수 있는 효과가 있다.

Description

3축 힘 측정장치, 이를 이용한 스타팅 블록, 그 측정 시스템, 이를 이용한 출발 반응시간 및 반발력 측정방법, 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체{Starting Block with Sensor, Measurement System, Measuring Method of Starting Time and Repulsive Power, Recording Medium thereof}
본 발명은 육상에서 출발 전 선수들의 발 밑을 지지하는 스타팅 블록에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 3축 힘 측정장치, 이를 구비한 스타팅 블록, 그 측정 시스템, 이를 이용한 출발 반응시간 및 반발력 측정방법, 컴퓨터 프로그램 및 기록매체에 관한 것이다.
현재의 단거리 육상경기에서 초기 출발부분의 중요성이 대두되고 있다. 현재의 스타팅 블록의 경우 육상선수가 출발을 준비하기 위해 발밑을 지지하는 역할을 하고, 최고 속도를 빠른 시간에 도달할 수 있게 한다. 도 1은 종래의 스타팅 블록을 도시한 사시도, 도 2는 종래의 스타팅 블록의 일부를 확대한 확대 사시도이다. 도 1, 2에 도시된 바와 같이 이러한 스타팅 블록은 요홈(320)을 포함하는 지지대(300), 요홈에 연결되어 고정되고 좌우발이 안착되는 좌우 발판(110, 120), 좌우 발판을 지지대에 고정시키는 연결부(200)를 포함할 수 있다.
도 3은 종래의 스타팅 블록의 일부의 후면을 도시한 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 이러한 스타팅 블록의 경우 육상선수의 발밑에 닿는 디딤판(130)과, 디딤판의 핀(140)이 안착되는 요홈(160)을 포함하고 디딤판이 이루는 평면과 지면과의 각도를 조절할 수 있는 각도 조절부(150)로 구성되어 있다. 스타팅 블록은 이처럼 각도 조절이 가능하도록 구성됨으로써 선수 개인마다 원하는 각도로 구성하여 출발속도를 빠르게 하는데 지장이 없도록 할 수 있다.
도 4는 종래의 스타팅 블록을 이용하는 모습을 도시한 모식도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 이러한 구조의 스타팅 블록의 경우 육상선수가 출발하기 전에는 디딤판에 힘이 가해지지 않는다. 그러나 육상선수가 출발을 하게 되면 발로 디딤판을 후방으로 밀게 되고, 디딤판을 미는 힘은 디딤판의 법선 방향으로 작용하게 된다. 또한, 발판을 지지대에 고정시키는 연결부에도 힘이 가해지게 된다. 이러한 연결부에 가해지는 힘은 지면과 수평 방향으로 작용하게 된다.
등록특허 10-0926330 등록특허 10-1052210 등록특허 10-1102407
현재 단거리 육상에서는 출발 속도가 기록을 좌우하고 있다. 또한 누가 먼저 출발하느냐(출발시간)가 기록에 큰 영향을 끼치고 있다. 출발 속도는 육상 선수들의 출발 시 발생되는 반발력에 의해 결정될 수 있다. 출발시간은 육상 선수들의 출발 시 반응 속도에 의해 결정될 수 있다.
반발력과 관련하여, 현재까지는 육상 선수의 출발 시 발생되는 반발력을 정밀하게 측정할 수 있는 방법은 개시된 바 없었다. 그러나, 선수 개개인에 맞는 최적의 출발기술을 효율적으로 제공하기 위해서는 이러한 반발력을 정밀하게 측정해야할 필요가 발생된다.
단거리 육상의 출발시간에 대한 규칙에 관하여, 해당 육상 선수는 출발 총소리가 나고 0.1초 이후에 출발하여야 한다. 출발시간이 기록에 엄청난 영향을 끼침에도 불구하고 현재 부정출발 판독은 육안으로 판독하거나 카메라에 의해 판독하게 된다. 육안 판독의 경우 출발시간이 기록에 중요한 영향을 미침에도 정확한 판독을 할 수 없는 것이 명백하다. 카메라 판독의 경우 육안보다는 정확하지만, 언제 디딤판에 힘이 가해졌는지 카메라로 판정하는 것은 정확하지 못한 부분이 있고 카메라 판독은 판독을 위해 많은 시간이 소비된다는 한계가 있다.
따라서 본 발명은 상기 제시된 문제점을 개선하기 위하여 창안되었다.
본 발명의 목적은, 육상 단거리 선수들의 출발 시 반발력 및 반응시간을 측정하여 선수 개개인에 맞는 최적의 출발 기술을 효율적으로 제공하기 위해서, 선수들의 출발 시 반발력 및 반응시간을 정밀하게 측정할 수 있는 3축 힘 측정장치, 이를 이용한 스타팅 블록, 그 측정 시스템, 이를 이용한 출발 반응시간 및 반발력 측정방법, 컴퓨터 프로그램 및 기록매체를 제공하는데에 있다.
이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.
본 발명의 목적은 x방향, y방향 및 z 방향인 3축 방향의 반발력을 측정하기 위한 반발력 측정수단;을 포함하고, 상기 z방향은 상기 발판이 이루는 평면의 법선 방향이고, 상기 x방향은 상기 발판이 이루는 평면의 좌우 수평방향이며, 상기 y방향은 상기 발판이 이루는 평면의 상하 수평방향이고, 상기 반발력 측정수단은 상기 스타팅 블록의 상기 발판에 장착되어 상기 사용자의 출발시간 및 상기 반발력 중 적어도 하나가 측정되는 것을 특징으로 하는 3축 힘 측정장치를 제공하여 달성될 수 있다.
본 발명의 목적은 스타팅 블록의 발판의 전방에 구성되고, 사용자에 의해 발생되는 반발력이 작용되는 전방 돌출부; 일단이 상기 전방 돌출부와 연결되고, 상기 반발력의 z방향 분력을 측정하는 z방향 측정바; 일단이 상기 z방향 측정바와 연결되고, 상기 반발력의 x방향 분력을 측정하는 x방향 측정바; 및 일단이 상기 z방향 측정바와 연결되고, 상기 반발력의 y방향 분력을 측정하는 y방향 측정바;를 포함하고, 상기 z방향은 상기 발판이 이루는 평면의 법선 방향이고, 상기 x방향은 상기 발판이 이루는 평면의 좌우 수평방향이며, 상기 y방향은 상기 발판이 이루는 평면의 상하 수평방향이고, 상기 스타팅 블록의 상기 발판에 장착되어 상기 사용자의 출발시간 및 상기 반발력 중 적어도 하나가 측정되는 것을 특징으로 하는 3축 힘 측정장치를 제공하여 달성될 수 있다.
또한 상기 z방향 측정바는, 복수개의 바로 구성되고, 일단이 상기 전방 돌출부의 외면을 상기 발판이 이루는 평면의 수평방향으로 지지하도록 구성되며, 상기 x방향 측정바는, 상기 y방향으로 형성되는 복수개의 바로 구성되고, 상기 z방향 측정바의 타단을 지지하도록 구성되며, 상기 y방향 측정바는, 상기 x방향으로 형성되는 복수개의 바로 구성되고, 상기 z방향 측정바의 타단을 지지하도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 x방향 측정바, 상기 y방향 측정바 및 상기 z방향 측정바에는 인장 스트레인 게이지 및 압축 스트레인 게이지가 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 z방향 측정바는, 일단이 상기 전방 돌출부의 외면 좌우를 지지하고 상기 x방향으로 형성되는 2개의 제1z방향 측정바 및 상기 전방 돌출부의 외면 상하를 지지하고 상기 y방향으로 형성되는 2개의 제2z방향 측정바를 포함하고, 상기 x방향 측정바는, 상기 전방 돌출부의 좌측에 상기 y방향으로 일렬로 형성되어 상기 제1z방향 측정바의 타단을 지지하는 2개의 제1x방향 측정바 및 상기 전방 돌출부의 우측에 상기 y방향으로 일렬로 형성되어 상기 제1z방향 측정바의 타단을 지지하는 2개의 제2x방향 측정바를 포함하며, 상기 y방향 측정바는, 상기 전방 돌출부의 좌측에 상기 x방향으로 일렬로 형성되어 상기 제2z방향 측정바의 타단을 지지하는 2개의 제1y방향 측정바 및 상기 전방 돌출부의 우측에 상기 x방향으로 일렬로 형성되어 상기 제2z방향 측정바의 타단을 지지하는 2개의 제2y방향 측정바를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 z방향 측정바는, 일단이 상기 전방 돌출부의 외면 좌우를 지지하고 상기 x방향으로 형성되는 2개의 제1z방향 측정바 및 상기 전방 돌출부의 외면 상하를 지지하고 상기 y방향으로 형성되는 2개의 제2z방향 측정바를 포함하고, 상기 x방향 측정바는, 상기 전방 돌출부의 좌측에 상기 y방향으로 일렬로 형성되어 상기 제1z방향 측정바의 타단을 지지하는 2개의 제1x방향 측정바 및 상기 전방 돌출부의 우측에 상기 y방향으로 일렬로 형성되어 상기 제1z방향 측정바의 타단을 지지하는 2개의 제2x방향 측정바를 포함하며, 상기 y방향 측정바는, 상기 전방 돌출부의 좌측에 상기 x방향으로 일렬로 형성되어 상기 제2z방향 측정바의 타단을 지지하는 2개의 제1y방향 측정바 및 상기 전방 돌출부의 우측에 상기 x방향으로 일렬로 형성되어 상기 제2z방향 측정바의 타단을 지지하는 2개의 제2y방향 측정바를 포함하고, 상기 z방향 측정바의 중단 양측 각각에 인장 스트레인 게이지 및 압축 스트레인 게이지가 설치되고, 상기 x방향 측정바 및 상기 y방향 측정바의 일단에 인장 스트레인 게이지 또는 압축 스트레인 게이지가 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 x방향 측정바, 상기 y방향 측정바 및 상기 z방향 측정바의 스트레인 게이지는 휘스톤 브리지 회로의 형태로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 목적은 발판이 장착되도록 지면에 고정되는 지지대; 상기 지지대의 일에 장착되는 우발판; 상기 지지대의 타측에 장착되는 좌발판; 및 상기 우발판 및 상기 좌발판 중 적어도 하나에 장착되고, x방향, y방향 및 z 방향인 3축 방향의 반발력을 측정하기 위한 3축 힘 측정장치;를 포함하고, 상기 z방향은 상기 발판이 이루는 평면의 법선 방향이고, 상기 x방향은 상기 발판이 이루는 평면의 좌우 수평방향이며, 상기 y방향은 상기 발판이 이루는 평면의 상하 수평방향이고, 상기 3축 힘 측정장치에 의해 사용자의 출발시간 및 상기 반발력 중 적어도 하나가 측정되는 것을 특징으로 하는 3축 힘 측정장치를 이용한 스타팅 블록을 제공하여 달성될 수 있다.
본 발명의 목적은 스타팅 블록; 상기 스타팅 블록의 발판에 장착되고, 상기 스타팅 블록의 일구성인 3축 힘 측정장치; 및 상기 3축 힘 측정장치에서 측정된 정보를 분석하여 사용자의 출발시간 및 반발력 중 적어도 하나를 계산하는 분석수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 시스템을 제공하여 달성될 수 있다.
본 발명의 목적은 스타팅 블록의 일구성인 발판에 사용자의 반발력이 작용되는 반발력 작용 단계; 상기 반발력의 작용에 의해 상기 스타팅 블록의 일구성인 3축 힘 측정장치가 변형되는 3축 힘 측정장치의 변형 단계; 상기 3축 힘 측정장치의 내부에 설치된 스트레인 게이지가 변형되어, 상기 스트레인 게이지의 저항값이 변경되는 스트레인 게이지의 변형 단계; 상기 3축 힘 측정장치와 연결된 검출수단이 상기 3축 힘 측정장치에서 출력되는 출력전압을 검출하는 출력전압 검출단계; 상기 검출수단과 연결된 증폭기가 검출된 상기 출력전압을 증폭하는 출력전압 증폭단계; 상기 증폭기와 연결된 컨버터가 상기 출력전압을 디지털 신호로 전환하는 컨버팅 단계; 및 상기 컨버터와 연결된 디스플레이 장치가 컨버팅된 상기 출력전압을 화면에 표시하는 디스플레이 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 방법을 제공하여 달성될 수 있다.
본 발명의 목적은 스타팅 블록의 일구성인 발판에 사용자의 반발력이 작용되는 반발력 작용 단계; 상기 반발력의 작용에 의해 상기 스타팅 블록의 일구성인 3축 힘 측정장치가 변형되는 3축 힘 측정장치의 변형 단계; 상기 3축 힘 측정장치의 내부에 설치된 스트레인 게이지가 변형되어, 상기 스트레인 게이지의 저항값이 변경되는 스트레인 게이지의 변형 단계; 상기 3축 힘 측정장치와 연결된 검출수단이 상기 3축 힘 측정장치에서 출력되는 출력전압을 검출하는 출력전압 검출단계; 및 상기 3축 힘 측정장치와 연결된 분석수단이 상기 출력전압을 토대로 상기 사용자의 출발 반응시간 및 최대 반발력을 계산하는 계산단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 방법을 제공하여 달성될 수 있다.
본 발명의 목적은 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 시스템의 일구성인 분석수단에 의해 수행되는 컴퓨터 프로그램에 있어서, 상기 3축 힘 측정장치에서 사용자의 반발력에 의해 변화된 출력전압을 수신하는 출력전압 수신단계; 및 수신된 출력전압을 토대로 상기 사용자의 출발 반응시간 및 최대 반발력을 계산하는 계산단계;를 포함하는 단계를 컴퓨터상에서 수행하는 컴퓨터 프로그램을 제공하여 달성될 수 있다.
본 발명의 목적은 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 시스템의 일구성인 분석수단에 의해 수행되는 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체에 있어서, 상기 3축 힘 측정장치에서 사용자의 반발력에 의해 변화된 출력전압을 수신하는 출력전압 수신단계; 및 수신된 출력전압을 토대로 상기 사용자의 출발 반응시간 및 최대 반발력을 계산하는 계산단계;를 포함하는 단계를 컴퓨터상에서 수행하는 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체를 제공하여 달성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명의 일실시예에 따르면 육상 선수의 출발 시에 좌우 양발이 발휘하는 모든 힘들을 설명할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명의 일실시예에 따르면 육상 선수들의 출발 시 반발력을 이용하여 실제적 출발시간을 보다 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 발생된다.
셋째, 본 발명의 일실시예에 따르면 육상 선수들의 출발 시 반발력 및 반응시간을 측정하여 선수 개개인에 맞는 최적의 출발 기술을 효율적으로 맞춤 제공할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 본 발명의 일실시예에 따르면 육상 선수들의 출발 시의 반발력 측정에서 발생되는 노이즈를 복수개의 스트레인 게이지 구성에 의해 상쇄하게 되므로, 보다 정밀한 반발력 측정이 가능해지는 효과가 발생된다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 스타팅 블록을 도시한 사시도,
도 2는 종래의 스타팅 블록의 일부를 확대한 확대 사시도,
도 3은 종래의 스타팅 블록의 일부의 후면을 도시한 사시도,
도 4는 종래의 스타팅 블록을 이용하는 모습을 도시한 모식도,
도 5는 스타팅 블록에서 3축을 표시한 사진,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치를 도시한 모식도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치의 Fx에 대한 스트레인 게이지의 위치를 도시한 모식도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치의 Fy에 대한 스트레인 게이지의 위치를 도시한 모식도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치의 Fz에 대한 스트레인 게이지의 위치를 도시한 모식도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 선정된 스트레인 게이지를 도시한 모식도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 Fx, Fy의 측정에 이용되는 휘스톤 브리지 구성을 도시한 모식도,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 Fz의 측정에 이용되는 휘스톤 브리지 구성을 도시한 모식도,
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 휘스톤 브리지의 온도 보상 및 영점 조정을 도시한 모식도,
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 발판의 내부를 도시한 사진,
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 발판의 분해사진을 도시한 사진,
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 발판에 3축 힘 측정장치를 장착한 모습을 도시한 사진,
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 발판의 측면을 도시한 사진,
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 발판의 정면을 도시한 사진,
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 스타팅 블록을 도시한 사진,
도 20, 21, 22는 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치의 구조해석도,
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 시스템의 블록도,
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 시스템에 따라 디스플레이에 표시되는 화면을 도시한 사진,
도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세하게 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
3축 힘 측정장치
3축 방향과 관련하여, 도 5는 스타팅 블록에서 3축을 표시한 사진이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서는 디딤판이 이루는 평면과 평행한 좌우 마찰방향을 x방향, 디딤판이 이루는 평면과 평행한 상하 마찰방향을 y방향, 디딤판의 법선방향을 z 방향으로 정의될 수 있다.
3축 힘 측정장치와 관련하여, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치를 도시한 모식도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치(400)는 전방 돌출부(410), x방향 측정바(Sx), y방향 측정바(Sy), z방향 측정바(Sz), 플랜지(420), 후방 돌출부(430)를 포함할 수 있다.
전방 돌출부(410)는 발판(100)의 패드(134)와 결합되어 패드(134)에 작용되는 운동 선수의 반발력이 3축 힘 측정장치(400)에 전달되도록 하는 구성이다. 전방 돌출부(410)는 3축 힘 측정장치(400)의 중심에 돌출 구성되고, x방향 측정바(Sx), y방향 측정바(Sy), z방향 측정바(Sz)를 통해 플랜지(420)와 연결되어 운동 선수의 반발력이 작용되면 위치가 변형되는 구성이다.
x방향 측정바(Sx)는 4개의 수직방향의 바 형태로 구성되며, 전방 돌출부(410)의 좌우측에 2개씩 구성되고, 일단이 플랜지(420)에 고정되며, 타단이 z방향 측정바(Sz)와 연결되어 x 방향의 반발력을 측정하기 위한 구성이다. x방향 측정바(Sx)에 전방 돌출부(410)로 작용되는 반발력이 전달되면, x방향 측정바(Sx)의 일단이 인장되거나 수축되는 원리를 이용하여 x 방향의 반발력을 측정하게 된다.
y방향 측정바(Sy)는 4개의 수평방향의 바 형태로 구성되며, 전방 돌출부(410)의 상하측에 2개씩 구성되고, 일단이 플랜지(420)에 고정되며, 타단이 z방향 측정바(Sz)와 연결되어 y 방향의 반발력을 측정하기 위한 구성이다. y방향 측정바(Sy)에 전방 돌출부(410)로 작용되는 반발력이 전달되면, y방향 측정바(Sy)의 일단이 인장되거나 수축되는 원리를 이용하여 y 방향의 반발력을 측정하게 된다.
z방향 측정바(Sz)는 전방 돌출부(410)의 사방으로 연결되는 4개의 바 형태로 구성되며, 각각의 바의 일단은 전방 돌출부(410)의 일측에 연결되고, 타단은 x방향 측정바(Sx), 또는 y방향 측정바(Sy)의 중단에 연결되어 z 방향의 반발력을 측정하기 위한 구성이다. z방향 측정바(Sz)에 전방 돌출부(410)로 작용되는 반발력이 전달되면, z방향 측정바(Sz)의 일단이 인장되거나 수축되는 원리를 이용하여 z 방향의 반발력을 측정하게 된다.
플랜지(420)는 전방 돌출부(410), x방향 측정바(Sx), y방향 측정바(Sy), z방향 측정바(Sz)를 감싸도록 구성되고, 3축 힘 측정장치(400)이 스타팅 블록의 디딤판에 고정되도록 하는 구성이다. 플랜지(420)에는 복수개의 나사홀이 구성되어 스타팅 블록의 디딤판에 고정되도록 연결될 수 있다.
후방 돌출부(430)는 플랜지(420)의 후방에 돌출되는 구성으로서, 스타팅 블록의 디딤판에 형성되는 장착부와 맞춤형상되어 장착부에 삽입고정되도록 구성될 수 있다.
x방향의 스트레인 게이지의 설치 위치와 관련하여, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치의 Fx에 대한 스트레인 게이지의 위치를 도시한 모식도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, x방향 측정바(Sx)에는 압축 2개와 인장 2개로 총 4개의 스트레인 게이지가 설치될 수 있다. 전방 돌출부(410)에 반발력이 작용되었을 때, x방향 측정바(Sx)에서 스트레스 또는 변형률이 가장 큰 위치에 스트레인 게이지가 설치될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면 이러한 설치 위치는 도 7에 도시된 바와 같이 x방향 측정바(Sx) 각각의 양단부(R1, R2, R3, R4)로 설정될 수 있다.
y방향의 스트레인 게이지의 설치 위치와 관련하여, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치의 Fy에 대한 스트레인 게이지의 위치를 도시한 모식도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, y방향 측정바(Sy)에는 압축 2개와 인장 2개로 총 4개의 스트레인 게이지가 설치될 수 있다. 전방 돌출부(410)에 반발력이 작용되었을 때, y방향 측정바(Sy)에서 스트레스 또는 변형률이 가장 큰 위치에 스트레인 게이지가 설치될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면 이러한 설치 위치는 도 8에 도시된 바와 같이 y방향 측정바(Sy) 각각의 양단부(R1, R2, R3, R4)로 설정될 수 있다.
z방향의 스트레인 게이지의 설치 위치와 관련하여, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치의 Fz에 대한 스트레인 게이지의 위치를 도시한 모식도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, z방향 측정바(Sz)에는 16개의 스트레인 게이지가 설치될 수 있다. 전방 돌출부(410)에 반발력이 작용되었을 때, z방향 측정바(Sz)에서 스트레스 또는 변형률이 가장 큰 위치에 스트레인 게이지가 설치될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면 이러한 설치 위치는 도 9에 도시된 바와 같이 z방향 측정바(Sy)의 각 일면에 압축 스트레인 게이지와 인장 스트레인 게이지의 2개가 한쌍(R1 ~ R16)으로 구성되어, 압축 8개, 인장 8개로 총 16개의 스트레인 게이지가 설정될 수 있다.
스트레인 게이지 제작과 관련하여, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 선정된 스트레인 게이지를 도시한 모식도이다. 도 10의 (a)는 z방향 측정에 이용되는 Shear Pattern 형 스트레인 게이지(Shear Force 측정을 위해 2개의 스트레인 게이지가 한 쌍으로 구성)이고, 도 10의 (b)는 x,y방향 측정에 이용되는 Linear Pattern 형 스트레인 게이지이다.
x방향 측정바(Sx), y방향 측정바(Sy)에 적용되는 휘스톤 브리지 구성과 관련하여, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 Fx, Fy의 측정에 이용되는 휘스톤 브리지 구성을 도시한 모식도이다. 도 11에 도시된 바와 같이 R2와 R3 사이의 노드(Red) 및 R1과 R4 사이의 노드(White)는 입력단이 되고, R1과 R2 사이의 노드(Green) 및 R3와 R4 사이의 노드(Blue)는 출력단이 될 수 있다. 입력단에는 전원(800)이 연결되고, 출력단에는 검류계(650)가 연결될 수 있다. 검류계는 제어부(700)와 연결되고, 제어부(700) 내부의 증폭기(710)에 연결되어 검류기에서 발생되는 신호를 증폭시키고, 컨버터를 통해 디지털로 변환된 신호는 디스플레이부(730)에 표출되며, 분석장치(740)와 연결될 수 있다. 이때 스트레인 게이지의 이러한 배치에 따라 인장방향의 스트레인 게이지 위치는 R1, R3가 되며, 압축방향의 스트레인 게이지 위치는 R2, R4가 될 수 있다.
z방향 측정바(Sz)에 적용되는 휘스톤 브리지 구성과 관련하여, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 Fz의 측정에 이용되는 휘스톤 브리지 구성을 도시한 모식도이다. 도 12에 도시된 바와 같이 R7-R8과 R9-R12 사이의 노드(Red) 및 R1-R3과 R13-R16 사이의 노드(White)는 입력단이 되고, R2-R4와 R5-R8 사이의 노드(Green) 및 R10-R11과 R14-R15 사이의 노드(Blue)는 출력단이 될 수 있다. 입력단에는 전원이 연결되고, 출력단에는 검류계가 연결될 수 있다. 입력단에는 전원(800)이 연결되고, 출력단에는 검류계(650)가 연결될 수 있다. 검류계는 제어부(700)와 연결되고, 제어부(700) 내부의 증폭기(710)에 연결되어 검류기에서 발생되는 신호를 증폭시키고, 컨버터를 통해 디지털로 변환된 신호는 디스플레이부(730)에 표출되며, 분석장치(740)와 연결될 수 있다. 이때 스트레인 게이지의 이러한 배치에 따라 압축 방향의 스트레인 게이지 위치는 R5 ~ R8, R13 ~ R16이 되며, 나머지 스트레인 게이지는 더미(Dummy) 스트레인 게이지가 될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치에서는 하나의 측정방향에 대해 복수개의 스트레인 게이지를 구성하고, 이러한 스트레인 게이지는 맞은 편의 스트레인 게이지와 더불어 측정방향의 힘 이외의 방향의 힘에 대하여 회로 상에서 상쇄하는 특성을 갖게 되므로 노이즈가 상당부분 제거되는 효과가 발생된다.
휘스톤 브리지의 온도 보상 및 영점 조정과 관련하여, 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 휘스톤 브리지의 온도 보상 및 영점 조정을 도시한 모식도이다. 스트레인 게이지를 이용하여 휘스톤 브리지 회로를 구성하면 각각의 스트레인 게이지가 온도에 따라 동일하게 반응하게 되면 회로상 상쇄효과가 발생되어 온도에 따른 신호 변화가 없게 되나, 실제로 스트레인 게이지 간의 온도 변화량이 같게 제조하는 것은 불가능하며 접착 과정에서 위의 조건들이 틀어지게 되는 문제점이 발생된다. 따라서 이러한 온도 변화에 대해 신호 변화를 일정한 수준으로 보상을 해야 할 필요가 발생된다. 이러한 온도 보상은 3축 힘 측정장치(400)를 제작한 후에 온도 챔버에서 온도 변화(5~40℃)를 주어 그 결과를 가지고 보상을 하게 되는데, 도 13에 도시된 규칙을 따르는 것이 바람직하다.
온도 보상 규칙은 도 13에 도시된 바와 같이 저온과 고온의 신호 값을 이용하여 온도 보상을 하게 된다. 저온(5℃)에서의 신호 값이 고온(40℃)에서의 신호 값보다 클 때, 도 13에 도시된 TZ+ 자리에 보상선(구리선)을 첨가하여 보상할 수 있다. 또한 저온(5℃)에서의 신호 값이 고온(40℃)에서의 신호 값보다 작을 때, 도 13에 도시된 TZ- 자리에 보상선(구리선)을 첨가하여 보상할 수 있다.
영점 조정 규칙과 관련하여, 제작된 센서가 무부하시 출력 값이 0 근처의 값이 아니므로, 이를 0으로 맞추어 주는 과정을 영점 조정이라 한다. 영점 조정은 도 13에 도시된 규칙을 따르는 것이 바람직하다. 영점 출력 값이 +인 경우, CZ- 자리에 조정선(망간선)을 첨가할 수 있다. 또한 영점 출력 값이 -인 경우, CZ+ 자리에 조정선(망간선)을 첨가할 수 있다.
스타팅 블록
3축 힘 측정장치(400)가 장착된 스타팅 블록과 관련하여, 본 발명의 일실시예에 따른 스타팅 블록의 좌우 발판의 디딤판과 패드 사이에는 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치(400)가 장착될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 발판의 내부를 도시한 사진이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 발판(100)은 크게 각도 조절부(150)와 디딤판(130)으로 구성될 수 있다. 디딤판(130)과 각도 조절부(150)는 힌지(152)를 통해 연결되어 육상 선수가 자유롭게 디딤판(130)의 각도를 조절할 수 있게 구성될 수 있다. 디딤판(130)의 일측에는 각도 조절부(150)의 후방에 형성된 요홈(160)에 안착되어 디딤판(130)의 각도를 조절할 수 있도록 핀(140)이 구성될 수 있다.
디딤판(130)에는 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치(400)의 후방 돌출부(430)가 맞춤형상으로 삽입될 수 있도록 장착부(132)가 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서 이러한 장착부(132)는 디딤판(130)에 형성되는 직사각형의 단면의 구멍으로 구성될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 발판의 분해사진을 도시한 사진이다. 도 15에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 발판(100)은 디딤판(130)의 정면에 패드(134)가 결합될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 다른 3축 힘 측정장치(400)는 이러한 패드(134)와 디딤판(130)의 사이에 구성되게 된다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 발판에 3축 힘 측정장치를 장착한 모습을 도시한 사진, 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 발판의 측면을 도시한 사진, 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 발판의 정면을 도시한 사진이다. 도 16, 17, 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치(400)는 장착부(132)에 장착되고, 디딤판(130)과 패드(134)의 사이에 구성되게 된다. 3축 힘 측정장치(400)에는 내부의 스트레인 게이지의 출력단 및 입력단이 외부 전원과 검류계에 연결되도록 하는 연결선(720)이 구성될 수 있다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 스타팅 블록을 도시한 사진이다. 도 19에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 스타팅 블록은 지면에 지지대(300)가 설치되고, 우발판(110) 및 좌발판(120)이 지지대(300)에 연결되며, 발판(100)에 장착된 3축 힘 측정장치(400)와 전원 및 검류계가 연결선(720)을 통해 연결될 수 있다.
이러한 본 발명의 일실시예에 따른 스타팅 블록에 의해 육상 선수의 출발 시에 좌우 양발이 발휘하는 모든 힘들을 설명할 수 있는 효과가 있다. 또한 육상 선수들의 출발 시 반발력 및 반응시간을 측정하여 선수 개개인에 맞는 최적의 출발 기술을 효율적으로 맞춤 제공할 수 있는 효과가 있다.
3축 힘 측정장치 설계의 일실시예
3축 힘 측정장치(400)에 반발력이 작용되었을 때의 구조해석과 관련하여, 도 20, 21, 22는 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치의 구조해석도이다. 본 발명의 일실시예에서는 이하와 같은 조건으로 3축 힘 측정장치(400)를 설계하였다.
본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치(400)는, Fx = Fy = 1 kN이고, Fz = 2 kN일 때 센서의 정격 출력(R.O.) = 0.5 mV/V로 되도록 설계하였다. Fz는 45°스트레인 게이지 8개를 이용하여 변형률을 측정하였으며, 위의 조건에서 3축 힘 측정장치(400)의 출력과 변형률과의 관계는 이하 수학식과 같다.
Figure 112014119821214-pat00001
여기서 R.O.는 3축 힘 측정장치(400)의 정격출력, K는 스트레인 게이지 상수, ε은 종탄성 변형률이다.
K는 2의 값을 갖고, 구조 역학적으로 45°의 변형률인 v는 이하의 관계가 있으다.
Figure 112014119821214-pat00002
따라서 수학식 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치(400)의 구조상황에서만 적용된다. 수학식 1, 2와 K=2로부터 이하 관계가 도출된다.
Figure 112014119821214-pat00003
또한 일반적으로 구조해석 시 스트레스 해석을 하게 되므로, 다시 45° 스트레스(Shear Stress, τ)로 표현하면 수학식 3은 이하와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014119821214-pat00004
여기서, 전단탄성계수 G=E/{2*(1+p)}, E는 Young's Modulus, P는 Possion's Ratio가 된다. steel의 E = 210 kN/mm2이고, steel의 P = 0.3이다.
수학식 4로부터 τ를 계산하면 이하와 같다.
Figure 112014119821214-pat00005
Figure 112014119821214-pat00006
위의 결과와 도 6에서 전방 돌출부(410)의 Sz 단면의 구조 치수를 변화시켜 Fz=2000 N을 가했을 때, 대략 τ가 40 N/mm2이 나오게 설계하면 3축 힘 측정장치(400)의 출력 R.O.를 0.5 mV/V 정도로 설계할 수 있다.
3축 힘 측정장치(400)에서 Fx, Fy 힘은 선형 스트레인 게이지를 4개를 사용하여 변형률을 측정할 수 있도록 구성되었다. 적절한 변형률의 크기를 계산해 보면, 스트레인 게이지를 이용하여 측정하고 회로구성은 휘스톤 브리지를 사용했을 때, 3축 힘 측정장치(400)의 출력과 변형률과의 관계는 이하 수학식으로 설명될 수 있다.
Figure 112014119821214-pat00007
위 수학식 6에 의해 이하 수학식이 도출될 수 있다.
Figure 112014119821214-pat00008
이때, Aluminum의 E = 70 kN/mm2이므로, σ는 이하 수학식과 같이 도출될 수 있다.
Figure 112014119821214-pat00009
Figure 112014119821214-pat00010
위의 결과와 도 6에서 전방 돌출부(410)의 Sx, Sy 단면의 구조 치수를 변화시켜 Fx=Fy=1000 N을 가했을 때, 대략 σ가 17.5 N/mm2이 나오게 설계하면 3축 힘 측정장치(400)의 출력 R.O.를 0.5 mV/V 정도로 설계할 수 있다.
도 20, 21, 22에 도시된 바와 같은 구조해석 모델링과 관련하여, 구조해석 프로그램은 ANSYS를 이용하였고, 이때에 사용된 입력치는 다음과 같다. Fx=Fy=1000 N, Fz=2000 N, E=210 kN/mm2, P=0.3이다. 모델링 결과는 도 20과 같으며, 위의 조건으로 치수를 변화시켜 해석한 결과, 각각의 치수 값은 Sz, Sx, Sy의 폭이 3mm, Sx, Sy의 길이가 22.5mm, Sz, Sx, Sy의 깊이방향 두께가 20mm로 결정되었다.
도 21은 위의 치수로 해석한 결과로 반발력이 작용되면 45°방향으로 전방 돌출부(410)가 찌그러짐을 확인할 수 있다. 도 22는 위의 치수로 해석한 결과로 반발력이 작용되면 종방향으로 전방 돌출부(410)가 찌그러짐을 확인할 수 있다.
3축 힘 측정장치를 이용한 측정 시스템
3축 힘 측정장치(400)를 이용한 측정 시스템과 관련하여, 도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 시스템의 블록도이다. 도 23에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 시스템은, 복수개의 스트레인 게이지를 포함하는 센서(~20mV), 센서 신호를 증폭하는 증폭부(~10V), 증폭된 신호를 디지털로 변환하여 CPU에서 연산처리 할 수 있게 변환하는 역할을 하는 A/D 컨버터, 신호를 처리하는 CPU 연산부, 반발력과 반응속도와 관련된 처리된 신호를 사용자에게 표시하는 Display를 포함하고, 접점신호 입력부 및 통신부 등은 기능에 따라 내부적 프로그램을 통해 원하는 기능으로 동작 및 신호값 등을 전송하는 역할을 하게 된다. 또한 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 시스템의 센서는 육상 출발 총소리를 감지하여 스타트 시점을 감지하기 위한 마이크로폰 센서를 포함할 수 있다.
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 시스템에 따라 디스플레이에 표시되는 화면을 도시한 사진이다. 도 24에 도시된 바와 같이, 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 시스템의 소프트웨어는 3축 힘 측정장치에서 측정된 반발력과 마이크로폰 센서에서 측정한 소리신호를 동시에 취득하여 처리 및 기록을 하게 된다. 도 24에 도시된 바와 같이 실험자의 정보를 입력할 수 있고, 실험자의 스타트 신호에 대한 출발 반응시간, 최대 반발력 등을 그래프로 보여주며 저장할 수 있으며, 실험자의 스타트 신호에 대한 출발 반응 시간과, 스타팅 블록의 각도 및 왼발과 오른발의 거리에 따른 최대 반발력을 스타트 신호 이후 단위 시간마다 측정할 수 있게 되는 효과가 있다.
즉 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 시스템에 따르면 육상 선수의 x, y, z 방향의 반발력을 정밀하게 감지하여 분석함으로써, 운동선수의 스타팅 자세에서 발생되는 문제점 또는 반응 시간에 대한 정밀한 피드백이 가능해지는 효과가 발생된다.
3축 힘 측정장치를 이용한 측정 방법
3축 힘 측정장치를 이용한 측정 방법과 관련하여, 도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 방법을 도시한 흐름도이다. 도 25에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 방법은 반발력 작용 단계(S10), 3축 힘 측정장치의 변형 단계(S20), 스트레인 게이지의 변형 단계(S30), 출력전압 검출단계(S40), 출력전압 증폭단계(S50), 디스플레이 단계(S60), 출발 반응시간 및 최대 반발력을 감지하는 감지단계(S70)을 포함할 수 있다.
반발력 작용 단계(S10)는 육상 선수가 스타팅 신호를 듣고 스타팅 블록을 밀어서 스타팅 블록에 반발력이 작용시키는 단계이다.
3축 힘 측정장치의 변형 단계(S20)는 육상 선수의 반발력에 의해 발판에 결합된 3축 힘 측정장치의 전방 돌출부가 밀리면서 3축 힘 측정장치의 Sx, Sy, Sz가 변형되는 단계이다.
스트레인 게이지의 변형 단계(S30)는 3축 힘 측정장치의 Sx, Sy, Sz의 변형에 의해 각각에 설치된 스트레인 게이지가 변형되는 단계이다. 각각의 측정바에 설치된 스트레인 게이지는 작용되는 반발력의 방향 및 크기에 의해 인장 스트레인 게이지의 저항이 증가되고, 압축 스트레인 게이지의 저항이 감소된다.
출력전압 검출단계(S40)는 휘스톤 브리지 회로의 출력단에서의 출력전압을 검류계가 측정하게 되는 단계이다. 육상 선수가 스타팅 블록을 밀어내면서, 스타팅 블록에 반발력이 가해지게 되면 휘스톤 브리지 회로의 출력전압이 바뀌게 되고, 이러한 출력전압을 검류계에서 측정하게 된다.
출력전압 증폭단계(S50)는 검류계에서 측정된 출력전압을 증폭기에서 증폭하는 단계이다.
디스플레이 단계(S60)는 증폭된 출력전압을 디스플레이하는 단계이다.
출발 반응시간 및 최대 반발력을 감지하는 감지단계(S70)는 출력 전압을 분석하여 출발 반응시간 및 최대 반발력을 감지하는 단계이다.
본 발명의 일실시예에 따른 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 방법에 따르면 육상 선수의 x, y, z 방향의 반발력을 정밀하게 감지하여 분석함으로써, 운동선수의 스타팅 자세에서 발생되는 문제점 또는 반응 시간에 대한 정밀한 피드백이 가능해지는 효과가 발생된다.
컴퓨터 프로그램 및 기록매체
본 발명은 또한 컴퓨터에서 출력전압을 분석하여 출발 반응시간 및 최대 반발력을 감지하는 단계를 수행하는 프로그램을 포함할 수 있다. 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 발판
110: 우발판
120: 좌발판
130: 디딤판
140: 핀
150: 각도 조절부
160: 요홈
200: 연결수단
300: 지지부
320: 요홈
400: 3축 힘 측정장치
Sx: x방향 측정바
Sy: y방향 측정바
Sz: z방향 측정바

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 스타팅 블록의 발판의 전방에 구성되고, 사용자에 의해 발생되는 반발력이 작용되는 전방 돌출부;
    일단이 상기 전방 돌출부와 연결되고, 상기 반발력의 z방향 분력을 측정하는 z방향 측정바;
    일단이 상기 z방향 측정바와 연결되고, 상기 반발력의 x방향 분력을 측정하는 x방향 측정바;
    일단이 상기 z방향 측정바와 연결되고, 상기 반발력의 y방향 분력을 측정하는 y방향 측정바; 및
    상기 전방 돌출부, 상기 x방향 측정바, 상기 y방향 측정바, 상기 z방향 측정바를 감싸도록 구성되는 플랜지;를 포함하고,
    상기 z방향은 상기 발판이 이루는 평면의 법선 방향이고,
    상기 x방향은 상기 발판이 이루는 평면의 좌우 수평방향이며,
    상기 y방향은 상기 발판이 이루는 평면의 상하 수평방향이고,
    상기 스타팅 블록의 상기 발판에 장착되어 상기 사용자의 출발시간 및 상기 반발력 중 적어도 하나가 측정되고,
    상기 z방향 측정바는, 일단이 상기 전방 돌출부의 외면을 상기 발판이 이루는 평면의 수평방향으로 지지하도록 구성되며,
    상기 x방향 측정바는, 일단이 상기 플랜지에 고정되고 타단이 상기 z방향 측정바의 타단을 지지하도록 구성되며,
    상기 y방향 측정바는, 일단이 상기 플랜지에 고정되고 타단이 상기 z방향 측정바의 타단을 지지하도록 구성되며,
    상기 z방향 측정바는, 일단이 상기 전방 돌출부의 외면 좌우를 지지하고 상기 x방향으로 형성되는 2개의 제1z방향 측정바 및 상기 전방 돌출부의 외면 상하를 지지하고 상기 y방향으로 형성되는 2개의 제2z방향 측정바를 포함하고,
    상기 x방향 측정바는, 상기 전방 돌출부의 좌측에 상기 y방향으로 일렬로 형성되어 상기 제1z방향 측정바의 타단을 지지하는 2개의 제1x방향 측정바 및 상기 전방 돌출부의 우측에 상기 y방향으로 일렬로 형성되어 상기 제1z방향 측정바의 타단을 지지하는 2개의 제2x방향 측정바를 포함하며,
    상기 y방향 측정바는, 상기 전방 돌출부의 좌측에 상기 x방향으로 일렬로 형성되어 상기 제2z방향 측정바의 타단을 지지하는 2개의 제1y방향 측정바 및 상기 전방 돌출부의 우측에 상기 x방향으로 일렬로 형성되어 상기 제2z방향 측정바의 타단을 지지하는 2개의 제2y방향 측정바를 포함하도록 구성되며,
    상기 x방향 측정바의 양단부에 2개의 인장 스트레인 게이지와 2개의 압축 스트레인 게이지가 구성되고,
    상기 y방향 측정바의 양단부에 2개의 인장 스트레인 게이지와 2개의 압축 스트레인 게이지가 구성되고,
    상기 z방향 측정바의 각 일면중 상기 x방향 및 상기 y방향의 평면에 인장 스트레인 게이지와 압축 스트레인 게이지가 한쌍씩 구성되어 16개가 설치되고,
    상기 스트레인 게이지는 휘스톤 브리지 회로의 형태로 연결되는 것을 특징으로 하는 3축 힘 측정장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 발판이 장착되도록 지면에 고정되는 지지대;
    상기 지지대의 일측에 장착되는 우발판;
    상기 지지대의 타측에 장착되는 좌발판; 및
    상기 우발판 및 상기 좌발판 중 적어도 하나에 장착되고, x방향, y방향 및 z 방향인 3축 방향의 반발력을 측정하기 위한 제 2 항에 따른 3축 힘 측정장치;를 포함하고,
    상기 3축 힘 측정장치에 의해 사용자의 출발시간 및 상기 반발력 중 적어도 하나가 측정되는 것을 특징으로 하는 3축 힘 측정장치를 이용한 스타팅 블록.
  9. 제8항에 따른 스타팅 블록; 및
    3축 힘 측정장치에서 측정된 정보를 분석하여 사용자의 출발시간 및 반발력 중 적어도 하나를 계산하는 분석수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 시스템.
  10. 제8항에 따른 스타팅 블록의 일구성인 발판에 사용자의 반발력이 작용되는 반발력 작용 단계;
    상기 반발력의 작용에 의해 상기 스타팅 블록의 일구성인 3축 힘 측정장치가 변형되는 3축 힘 측정장치의 변형 단계;
    상기 3축 힘 측정장치의 내부에 설치된 스트레인 게이지가 변형되어, 상기 스트레인 게이지의 저항값이 변경되는 스트레인 게이지의 변형 단계;
    상기 3축 힘 측정장치와 연결된 검출수단이 상기 3축 힘 측정장치에서 출력되는 출력전압을 검출하는 출력전압 검출단계;
    상기 검출수단과 연결된 증폭기가 검출된 상기 출력전압을 증폭하는 출력전압 증폭단계;
    상기 증폭기와 연결된 컨버터가 상기 출력전압을 디지털 신호로 전환하는 컨버팅 단계; 및
    상기 컨버터와 연결된 디스플레이 장치가 컨버팅된 상기 출력전압을 화면에 표시하는 디스플레이 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 방법.
  11. 제8항에 따른 스타팅 블록의 일구성인 발판에 사용자의 반발력이 작용되는 반발력 작용 단계;
    상기 반발력의 작용에 의해 상기 스타팅 블록의 일구성인 3축 힘 측정장치가 변형되는 3축 힘 측정장치의 변형 단계;
    상기 3축 힘 측정장치의 내부에 설치된 스트레인 게이지가 변형되어, 상기 스트레인 게이지의 저항값이 변경되는 스트레인 게이지의 변형 단계;
    상기 3축 힘 측정장치와 연결된 검출수단이 상기 3축 힘 측정장치에서 출력되는 출력전압을 검출하는 출력전압 검출단계; 및
    상기 3축 힘 측정장치와 연결된 분석수단이 상기 출력전압을 토대로 상기 사용자의 출발 반응시간 및 최대 반발력을 계산하는 계산단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 방법.
  12. 삭제
  13. 제9항에 따른 3축 힘 측정장치를 이용한 측정 시스템의 일구성인 분석수단에 의해 수행되는 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체에 있어서,
    상기 3축 힘 측정장치에서 사용자의 반발력에 의해 변화된 출력전압을 수신하는 출력전압 수신단계; 및
    수신된 출력전압을 토대로 상기 사용자의 출발 반응시간 및 최대 반발력을 계산하는 계산단계;
    를 포함하는 단계를 컴퓨터상에서 수행하는 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체.
KR1020140176166A 2014-12-09 2014-12-09 3축 힘 측정장치, 이를 이용한 스타팅 블록, 그 측정 시스템, 이를 이용한 출발 반응시간 및 반발력 측정방법, 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체 KR101713386B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140176166A KR101713386B1 (ko) 2014-12-09 2014-12-09 3축 힘 측정장치, 이를 이용한 스타팅 블록, 그 측정 시스템, 이를 이용한 출발 반응시간 및 반발력 측정방법, 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140176166A KR101713386B1 (ko) 2014-12-09 2014-12-09 3축 힘 측정장치, 이를 이용한 스타팅 블록, 그 측정 시스템, 이를 이용한 출발 반응시간 및 반발력 측정방법, 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160070307A KR20160070307A (ko) 2016-06-20
KR101713386B1 true KR101713386B1 (ko) 2017-03-09

Family

ID=56354165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140176166A KR101713386B1 (ko) 2014-12-09 2014-12-09 3축 힘 측정장치, 이를 이용한 스타팅 블록, 그 측정 시스템, 이를 이용한 출발 반응시간 및 반발력 측정방법, 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101713386B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022010550A (ja) * 2020-06-29 2022-01-17 トヨタ自動車株式会社 力覚センサ

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114028824B (zh) * 2021-11-22 2023-09-15 湖南聚能人力资源管理有限公司 一种可调整起跑高度的田径起跑器及其方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101052210B1 (ko) * 2010-08-31 2011-07-29 한국표준과학연구원 센서를 구비한 스타팅블록, 그 측정 시스템, 그 스타팅블록에 의한 출발시간 감지방법 및 그 기록매체

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100581051B1 (ko) * 2004-09-02 2006-05-17 한국표준과학연구원 3축 힘센서들로 구성된 촉각센서의 입출력 배선
KR101102407B1 (ko) 2008-10-02 2012-01-05 한국표준과학연구원 센서를 구비한 스타팅블럭 및 그 스타팅블럭에 의한 출발시간 감지 방법
KR100926330B1 (ko) 2009-04-20 2009-11-12 주식회사 네오플러스 스타팅 블록의 압력 측정 시스템
KR101115418B1 (ko) * 2009-11-09 2012-02-16 한국표준과학연구원 힘센서를 이용한 6축 힘센서 구조 및 그 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법
KR101372308B1 (ko) * 2012-07-09 2014-03-12 경상대학교산학협력단 다축 힘／토크 센서

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101052210B1 (ko) * 2010-08-31 2011-07-29 한국표준과학연구원 센서를 구비한 스타팅블록, 그 측정 시스템, 그 스타팅블록에 의한 출발시간 감지방법 및 그 기록매체

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022010550A (ja) * 2020-06-29 2022-01-17 トヨタ自動車株式会社 力覚センサ
JP7295067B2 (ja) 2020-06-29 2023-06-20 トヨタ自動車株式会社 力覚センサ

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160070307A (ko) 2016-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101102407B1 (ko) 센서를 구비한 스타팅블럭 및 그 스타팅블럭에 의한 출발시간 감지 방법
EP2241869B1 (en) Weight measuring apparatus for use as an input device of a game apparatus
RU2519497C2 (ru) Стартовое устройство для участников спортивных соревнований
CN110082023B (zh) 一种索力实时监测装置和监测方法
JP5343219B2 (ja) ひずみ計測方法、ひずみ計測システム
Silva et al. Development of a low cost force platform for biomechanical parameters analysis
KR101786846B1 (ko) 힘센서를 이용한 양발의 밸런스 추정 방법 및 이를 적용한 발판 시스템
KR101713386B1 (ko) 3축 힘 측정장치, 이를 이용한 스타팅 블록, 그 측정 시스템, 이를 이용한 출발 반응시간 및 반발력 측정방법, 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체
JP4408518B2 (ja) デジタルロードセルユニット
KR20170119283A (ko) 압력 센서
KR101052210B1 (ko) 센서를 구비한 스타팅블록, 그 측정 시스템, 그 스타팅블록에 의한 출발시간 감지방법 및 그 기록매체
CN209841260U (zh) 一种增敏型温度自补偿测力环传感器
RU2330238C2 (ru) Устройство и способ мониторинга технического состояния туннелей
KR101244254B1 (ko) 충격력 측정장치, 충격력 측정 시스템, 그 장치를 이용한 충격력 측정방법, 그 시스템을 이용한 충격력 분석방법 및 그 기록매체
CN106580337B (zh) 一种步态测量装置及测量方法
KR101161775B1 (ko) 경도 및 인장 특성 측정 장치 및 방법
RU121954U1 (ru) Стенд для градуировки, калибровки и поверки тензометрических датчиков
CN205561993U (zh) 传感器组件
JP2016168195A (ja) ゴルフクラブのフィッティング支援システム
RU2800400C1 (ru) Способ градуировки тензометрических пальцев круглого сечения для замера горизонтального усилия
JPS59501801A (ja) 伸び計読出し回路
CN217404051U (zh) 一种洛氏硬度计测深装置检定仪的校准装置
CN206075632U (zh) 一种利用测微目镜的梁弯曲法测杨氏模量的实验装置
CN111879448B (zh) 一种土体应力测试装置、土体应力测试方法及测量系统
CN105698905A (zh) 传感器组件

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J121 Written withdrawal of request for trial
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191001

Year of fee payment: 4