KR102400638B1

KR102400638B1 - 실시간 골프 스윙 동작 분석 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR102400638B1
Application number: KR1020200074238A
Authority: KR
Inventors: 김충현
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2020-06-18
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2022-05-24
Also published as: KR20210156905A

Abstract

본 발명은 인체 좌우측 발바닥에서 발생하는 지면반력을 측정하는 센서와 증폭기로 이루어지는 지면반력 센서부; 인체의 복수의 관절점의 위치를 측정하는 센서와 증폭기로 이루어지는 관절 위치 센서부; 및 좌우측 발바닥의 지면반력 및 관절점의 위치를 수신하여 연산하는 연산부를 포함하는 골프 스윙 동작 분석 장치로서, 연산부는, 관절 위치 센서부로부터 측정된 데이터로부터 골프 스윙의 단계를 구분하고, 좌우측 발바닥의 지면반력 데이터의 측정시기를 동기화하고, 측정된 좌우측 지면반력 데이터를 이용하여, 인체 압력 중심의 위치와 비율을 계산하며, 골프 스윙의 단계 및 인체 압력 중심의 위치와 비율을 기초로 골프 스윙의 동작을 평가하는 골프 스윙 동작 분석 장치 및 이와 관련한 골프 스윙 동작 분석 방법에 관한 것이다.

Description

실시간 골프 스윙 동작 분석 장치 및 그 방법{GOLF SWING MOTION ANALYSIS DEVICE ON REAL TIME AND METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 사용이 간편한 모션 센서와 압력센서를 이용하여 골프 스윙 동작의 데이터를 취득하고 분석할 수 있는 실시간 골프 스윙 동작 분석 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

골프 스윙 동작은 인체의 유연성과 근력 등 개인의 신체적 특성을 반영하는 생활 동작으로서 매우 다양한 형태로 나타난다.

다양한 야외 활동 중에서 골프는 취미용 레저 활동으로서 각광을 받고 있으며, 운동 능력의 향상을 위하여 코치를 받는 골프 인구가 증가하고 있다.

이에 부응하여, 골프 스윙 동작의 특성 분석에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.

종래의 연구들에 의하면, 특정 시점에서의 스윙 데이터만 보여주는 경우가 많고, 이는 개개인의 스윙 동작 특성을 분석하고, 이를 바탕으로 적합한 골프 스윙동작의 정보를 제공하지는 못한다는 문제점이 있다.

따라서, 종래 기술들의 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명은 개인이 손쉽게 사용할 수 있는 골프 스윙 동작 분석 장치를 개발, 적용함으로써, 누구나 손쉽게 자신의 골프 스윙 동작의 패턴이나 골프 스윙 동작 중 체중 이동 패턴을 분석하여 코칭 정보로 활용할 수 있는 실시간 골프 스윙 동작 분석 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 인체 좌우측 발바닥에서 발생하는 지면반력을 측정하는 센서와 증폭기로 이루어지는 지면반력 센서부; 인체의 복수의 관절점의 위치를 측정하는 센서와 증폭기로 이루어지는 관절 위치 센서부; 및 좌우측 발바닥의 지면반력 및 관절점의 위치를 수신하여 연산하는 연산부를 포함하는 골프 스윙 동작 분석 장치로서, 연산부는, 관절 위치 센서부로부터 측정된 데이터로부터 골프 스윙의 단계를 구분하고, 좌우측 발바닥의 지면반력 데이터의 측정시기를 동기화하고, 측정된 좌우측 지면반력 데이터를 이용하여, 인체 압력 중심의 위치와 비율을 계산하며, 골프 스윙의 단계 및 인체 압력 중심의 위치와 비율을 기초로 골프 스윙의 동작을 평가하는 골프 스윙 동작 분석 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 관절 위치 센서부는 비과시간(time of flight) 카메라를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 연산부는, 골프 스윙의 동작을 하나의 사이클로 간주하여, 스윙의 시작 시점을 0% 및 스윙의 종료 시점을 100%로 정규화하고, 스윙 시작 시점과 스윙 종료 시점 내에서 기준 시점의 위치를 전체 스윙 소요 시간에 대한 비율로 산출하여, 전체 골프 스윙 데이터를 시간 기준으로 정규화할 수 있다.

또한, 본 발명의 지면반력 센서부 및 관절 위치 센서부는 각각 취득한 데이터를 필터링하여 노이즈를 최소화하는 필터부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 연산부에서 좌우측 발바닥의 지면반력 데이터의 측정시기를 동기화할 때, 타이머를 적용하여 좌우측 발바닥의 데이터 측정 시간차를 최소화하여, 연속적이고 실시간으로 골프 스윙 동작의 분석이 가능하다.

또한, 본 발명은 골프 클럽 및 골프 클럽에 부착된 위치 센서를 더 포함하고, 연산부는, 골프 클럽 헤드의 위치 데이터와 추가적으로 연동하여, 골프 스윙 동작의 분석이 가능하다.

또한, 본 발명은 인체의 허리 및 가슴에 부착되는 관성측정장치를 더 포함하고, 연산부는, 관성측정장치로부터 취득한 생체 신호 데이터와 연동하여, 골프 스윙 동작의 분석이 가능하다.

또한, 본 발명의 골프 스윙의 단계는, 어드레스 종료 시점, 백스윙 탑 시점 및 임팩트 시점으로 구분될 수 있다.

또한, 본 발명의 연산부는, 백스윙 탑 시점 및 임팩트 시점에서의 인체의 측면 방향의 압력 중심과 그 비율을 연산하여, 인체의 체중 이동 방식을 분류할 수 있다.

또한, 본 발명은 골프 스윙의 동작을 분석하는 방법으로서, 인체 좌우측 발바닥에서 발생하는 지면반력을 측정하는 과정; 인체의 복수의 관절점의 위치를 측정하는 과정; 복수의 관절점의 위치로부터 골프 스윙의 단계를 구분하는 과정; 좌우측 발바닥의 지면반력 데이터의 측정시기를 동기화하고, 측정된 좌우측 지면반력 데이터로부터 인체 압력 중심의 위치와 비율을 연산하는 과정; 및 골프 스윙의 단계 및 인체 압력 중심의 위치와 비율로부터 골프 스윙의 동작을 평가하는 과정;을 포함하는 골프 스윙의 동작을 분석하는 방법을 제공할 수 있다.

본 발명은 발바닥에 설치하는 압력 센서를 이용하여, 골프 스윙 동작 중 발생하는 지면반력 정보를 취득, 분석함으로써 인체의 압력중심의 이동 상황을 실시간으로 파악할 수 있다.

또한, 본 발명은 골프 스윙 동작 중의 체중이동상황을 판단하고, 비과시간(Time of flight) 카메라를 이용하여 인체 관절의 움직임을 분석하여, 그 결과를 PC 또는 스마트기기에 제공함으로써 저비용 고효율의 골프 스윙 동작 분석 장치 및 분석 방법으로 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치의 구성과 동작 관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치의 지면반력을 측정하는 센서부의 부착 위치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치의 관절 위치 센서부의 부착 위치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치에 따라, 골프 스윙 동작 데이터를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치에 따라, 인체 압력 중심의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치에 따라, 골프 스윙 동작에서 체중이동 방식에 따른 COP 평균 궤적을 개략적으로 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 기준으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 통하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치와 그 구체적인 실시예를 설명하기로 한다.

설명에 앞서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면을 참고로 설명되었으나, 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치의 구성과 동작 관계를 개략적으로 나타낸 것으로, 구체적으로, 도 1(a)는 본 발명에 의한 골프 스윙 동작 분석 장치의 구성과 데이터 흐름을 나타내고, 도 1(b)는 지면반력을 측정하기 위하여 깔창 바닥에 설치한 압력센서의 위치를 나타내며, 도 1(c)는 본 발명에 의한 장치를 설치 및 활용하는 방법을 보인 예시이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치는, 인체 좌우측 발바닥에서 발생하는 지면반력을 측정하는 센서와 증폭기로 이루어지는 지면반력 센서부, 인체의 복수의 관절점의 위치를 측정하는 센서와 증폭기로 이루어지는 관절 위치 센서부, 및 좌우측 발바닥의 지면반력 및 관절점의 위치를 수신하여 연산하는 연산부를 포함할 수 있다.

이러한 연산부는, 관절 위치 센서부로부터 측정된 데이터로부터 골프 스윙의 단계를 구분하고, 좌우측 발바닥의 지면반력 데이터의 측정시기를 동기화하고, 측정된 좌우측 지면반력 데이터를 이용하여, 인체 압력 중심의 위치와 비율을 계산할 수 있으며, 골프 스윙의 단계 및 인체 압력 중심의 위치와 비율을 기초로 골프 스윙의 동작을 평가할 수 있다.

구체적으로, 매끄럽게 이어지는 골프 스윙 동작을 평가하기 위해서는, 골프 스윙 동작을 단계별로 나누어 구분할 수 있어야 한다. 따라서, 골프 스윙 동작의 단계 판단의 기준이 되는 시점을 선정하고, 이를 기초로 골프 스윙 동작을 단계별로 구분할 수 있어야한다.

또한, 골프 스윙 동작 중에 인체의 좌우측 발바닥에서 나타나는 지면반력의 변화를 측정, 비교하면, 골프 스윙 동작 단계별 체중이동현황을 분석하고, 이를 기초로 골프 스윙 동작의 특징을 평가할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치는, 신발 안의 깔창 바닥에 압력 센서를 부착하는데, 본 발명의 일 실시예에서는 양 발에 각각 5개씩의 센서를 사용하며, 측정한 지면반력 데이터는 증폭기로 증폭한 후 연산처리장치에서 합쳐진다.

이러한 과정은 좌측발과 우측발에서 동일하다. 좌측발의 연산처리장치에서 취합한 데이터는 블루투스 장치를 통하여 우측발로 무선 송출된다. 또한, 우측발 연산처리장치에서는 먼저 우측발의 지면반력 데이터를 연산처리한 후, 좌측발로부터 수집한 지면반력 데이터와 통합한다.

그 후, 연산부에서는 통합된 지면반력 데이터를 이용하여 인체 압력중심(center of pressure, COP)의 위치와 비율을 계산할 수 있다.

추가적으로, 연산된 인체 압력중심의 위치와 비율은 블루투스 장치를 통하여 외부의 컴퓨터 또는 스마트기기로 전송할 수 있다.

한편, 우측발에 별도의 추가적인 타이머(도시되지 않음)를 두고, 그 시간 데이터를 이용하여 양발 지면반력 데이터를 동기화(synchronization)하여, 좌우측 발바닥의 데이터 측정 시간차를 최소화하는 것이 바람직하고, 이를 통해, 연속적이고 실시간으로 골프 스윙 동작의 분석이 가능하다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치의 지면반력을 측정하는 센서부의 부착 위치를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 좌우측 발바닥에서 발생하는 지면반력을 측정하기 위해, 본 발명의 실시예에서의 압력센서의 부착 위치는 각 실제 보행시 순차적으로 지면에 닿는 엄지 발가락(toe), 첫 번째 중족골(1st metatarsal bone), 다섯 번째 중족골(5th metatarsal bone), 입방골(cuboid bone) 그리고 뒷꿈치(heel) 등 총 5곳으로서 양발에 모두 10개를 사용하였다.

도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치의 관절 위치 센서부의 부착 위치를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 인체의 전체 25개의 관절점 중에서, 좌우측의 엄지손가락(THUMB)과 손끝(HAND TIP)(joint no. 10, 11, 20, 21)은 손(HAND)(joint no. 9, 10) 좌표와 큰 차이가 없기 때문에, 본 발명의 일 실시예에서는 이들 4개 관절점을 제외한, 총 21개의 관절점 데이터를 이용하여 골프 스윙 동작을 분석하였다.

또한, 좌우 대칭형의 골프 스윙 동작을 분석하기 위해서는, 인체의 몸통 중심선상의 관절점을 원점으로 잡는 것이 바람직하기 때문에 척추축 상에 위치하면서 발목(joint no. 14, 24)과 머리(joint no. 1)의 중간 부분에 가까운 척추 중간부(SPINE MID)(joint no. 4)를 원점으로 정하였다.

한편, 이러한 관절 위치 센서들은 비과시간 카메라를 통해, 정확한 스윙 동작의 측정이 가능하다.

또한, 전술한 지면반력 센서부와 관절 위치 센서부는 각각 취득한 데이터를 필터링할 수 있는 필터부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있으며, 이러한 필터부를 통해 데이터의 노이즈를 최소화하여, 정확한 스윙 동작의 분석이 가능하다.

도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치에 따라, 골프 스윙 동작 데이터를 도시한 그래프이다.

본 발명의 일 실시예에서는, 골프 스윙 동작을 구분하고 판단하는 기준 시점을 어드레스 종료(address end, AE), 백스윙 중간(backswing mid, BM), 백스윙탑 (backswing top, BT), 임팩트 (impact, IP), 팔로스루 중간(follow through mid, FM) 등 5개로 선정하고, 이들 시점을 토대로 하여 골프 스윙 동작을 어드레스, 백스윙, 다운스윙, 팔로스루 등 총 4개의 단계로 구분하였다.

즉, AE시점부터 BT 시점까지를 백스윙 단계, BT 시점 직후부터 IP 시점 사이를 다운스윙 단계, IP 시점부터 FM 시점까지를 팔로스루 단계로 각각 정의하였다.

한편, 골프 스윙 동작은 피험자마다 서로 다르며, 동일한 피험자의 경우에도 매번 약간씩 달라지기 때문에, 서로 다른 골프 스윙 동작 데이터를 직접적으로 비교, 분석하기 위해서는 골프 스윙 동작 데이터를 정규화(normalization)할 필요가 있다.

본 발명의 일 실시예에서는, 골프 스윙 동작을 하나의 사이클로 간주하여 골프스윙 시작 시점과 종료 시점을 각각 0%와 100%로 정규화한 이후, 이 구간 내에서 전술한 기준 시점의 위치를 전체 스윙 소요 시간에 대한 비율로서 산출하여 배치함으로써 모든 골프 스윙 동작 데이터를 시간 기준으로 정규화하여, 골프 스윙 동작 데이터끼리 서로 비교하는 것이 가능하다.

어드레스(address)는 골프스윙 동작의 준비자세로서 드라이버 헤드를 지면 또는 지면 가까이에 대고 있는 상태이며 손목의 움직임이 거의 없다.

이후, 피험자가 백스윙 동작을 시작하면 인체 측면방향(x축)에서의 손목의 움직임은 깊이(y축) 와 높이(z축) 방향의 움직임보다 훨씬 빠르게 증가한다. 따라서, 타겟 방향쪽 손목(도 3의 joint no. 19) 위치의 x축 방향 증가량 (increment)을 살펴보면, 어드레스 종료(AE) 시점을 찾을 수 있다. 즉, 타겟 방향쪽 손목의 x좌표값이 타겟 반대 방향쪽 엉덩이(도 3의 joint no. 12)의 x좌표값과 교차하는 시점에서부터 시작하여 시간의 역순으로 거슬러 올라가면서 타겟 방향쪽 손목의 움직임을 계산하고, 그 증가량이 특정한 문턱값(threshold)를 넘어서는 시점을 AE 시점으로 정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는, 골프 스윙 시작 시점을 AE 시점으로부터 0.1초 이전으로 정의할 수 있다. 골프 스윙(풀 스윙)이 제대로 이루어지려면, 백스윙 단계와 팔로스루 단계에서 왼쪽 손목이 허리 높이를 반드시 지나가야 한다. 골프스윙 도중에 왼쪽 손목의 높이가 원점의 높이(도 3의 joint no. 4, 즉, 척추 중간부의 z좌표)와 같아질 때, 왼쪽 손목과 원점을 잇는 선분을 스윙의 기준선(reference line)이라고 정의할 수 있다.

또한, 백스윙 단계와 팔로스루 단계에서, 왼쪽 손목이 전술한 기준선과 만나는 시점을, 각각 백스윙 중간(BM)시점과 팔로스루 중간(FM) 시점으로 정할 수 있으며, 골프 스윙 종료 시점은 FM 시점으로부터 0.3초 이후로 정의할 수 있다.

한편, BT 시점에서는 소정의 시간 동안 쉬면서 힘을 비축하기 때문에 정지 자세에 가깝다. 따라서, 어드레스 단계를 제외한 모든 스윙 동작에서 골퍼 인체의 움직임이 가장 작은 시점이다.

아래의 수학식 (1)에서 구한 21개 관절의 움직임의 합(Δ_T)을 인체 움직임의 크기로 정의할 수 있으며, 백스윙 단계에서 왼쪽 손목이 기준선을 통과한 후 인체 움직임이 가장 작은 때를 BT 시점으로 정할 수 있다.

[수학식 1]

일반적으로, 골프 업계에서“임팩트는 어드레스의 재현이다”라는 말처럼 IP 시점에서의 자세는 어드레스 자세와 매우 유사하다. 따라서, IP 시점에서의 타겟 방향쪽 손목의 위치는 AE 시점에서의 위치와 비슷하게 된다.

아래의 수학식(2)와 같이 다운스윙 구간에서 타겟 방향쪽 손목의 위치값과 AE 시점에서의 타겟 방향쪽 손목 위치값과의 차이(Δ_lw)를 구한 후, 그 차이가 가장 작은 때를 IP 시점으로 정할 수 있다.

[수학식 2]

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치를 이용하여, 피험자를 대상으로 측정한 골프스윙 동작 데이터 평균값을 도시하였다.

참고로, 도 4의 AE, BM, BT, IP, FM 위치표시는 전체 피험자 데이터 평균값을 기준으로 도시한 것이다. 또한, 도 4(a)에 나타낸 21개 관절점 변위의 합 Δ_T, 즉, 인체 움직임을 보면 BT 시점에서 가장 작고 IP 시점에서 가장 큰 것을 확인할 수 있다. 즉, 백스윙 종료 시점이면서 다운 스윙의 시작 단계인 BT 시점에 인체는 잠깐 멈추는 상태이므로, 움직임이 가장 작고 볼을 타격하는 IP 시점에는 볼에 전달하는 에너지를 극대화하기 위하여 몸통이 회전하고 팔과 손목이 움직여야 하므로, 인체의 움직임이 가장 큰 것으로 추측된다.

또한, 도 3(b)에 보인 어드레스 시점에서의 왼쪽 손목 위치와 스윙 도중의 왼쪽 손목 위치와의 차이를 나타낸 Δ_lw를 살펴보면 어드레스 시점과 자세가 가장 비슷한 IP 시점에서 Δ_lw가 가장 작고 나머지 구간에서는 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, Δ_lw와 Δ_T의 변화를 고찰하면 BT 시점과 IP 시점의 위치를 성공적으로 찾아낼 수 있다.

또한, 전체 스윙 구간에서 Δ_lw와 Δ_T의 변화를 비교하면 피험자에 따른 골프스윙의 차이점을 확인할 수 있다. 도 4(a)와 4(b)에서 IP 시점에서 Δ_lw와 Δ_T의 표준편차는 1번 피험자와 3번 피험자의 경우 각각 0.065m, 0.265m와 0.122m, 0.286m이다. 따라서, 1번 피험자가 3번 피험자보다 IP 시점에서 스윙 자세의 일관성이 상대적으로 우수하다고 판단할 수 있다.

또한, BT와 IP 시점 위치를 보면 1번 피험자와 3번 피험자는 각각 55%, 75%와 61%, 80%로서 1번 피험자가 보다 빠른 스윙 템포를 가진 것으로 판단할 수 있다.

백스윙 단계에서는, 뒷발(타겟 반대방향쪽 발)로 체중 이동이 이루어지는데, 이 경우, 골퍼의 머리도 타겟 반대방향쪽으로 움직이는 수평이동이 있어야 적절한 체중이동이 일어날 수 있다. 골프 스윙시 머리(HEAD, 도 3의 join no. 1)의 x방향 움직임(XHEAD)을 나타낸 도 4(c)를 보면, 숙련자들 중 1, 3, 4번 피험자는 어드레스 시점 이후 스윙이 진행됨에 따라 머리의 x 좌표 최대 증가량이 각각 0.077m, 0.030m, 0.092m이므로 머리가 타켓 반대방향으로 움직이는 것을 확인할 수 있다.

한편, 2번 피험자는 머리의 x 좌표 변화량이 (-)0.018m로서 체중이동 방향과 반대로 움직이고 있으므로, 1, 3, 4 피험자들과 다르다는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같이 Δ_lw, Δ_T, X_HEAD 등 인체 움직임의 변화를 고찰하면 피험자의 골프 스윙 동작 특성을 평가하고 서로 비교할 수 있다.

골프 스윙 동작과 관련된 주요 변수들의 변화 특성을 평균화하여, 숙련자 그룹과 초보 골퍼 그룹으로 나누어 비교한 결과를 아래의 [표 1]에 나타내었다.

[표 1]

[표 1]에 나타난 바와 같이, 한 사이클의 골프 스윙 동작에 소요되는 시간은 숙련자 그룹이 평균 1.89s ± 0.16s이지만, 초보 골퍼 그룹은 2.15s ± 0.35s로서 13.8% 정도 긴 것으로 파악할 수 있었다. 또한, 골프 스윙 동작의 주요 시점 중에서 AE, FM 시점에서만 숙련자 그룹과 초보 골퍼 그룹 사이에 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다.

즉, 초보 골퍼의 AE 시점 위치는 5.7% ± 1.1%로서 숙련자 그룹의 6.3% ± 0.1%보다 어드레스 지속 시간이 상대적으로 짧았다. 반면, FM 시점의 위치는 숙련자 그룹의 경우 평균 82.9% ± 1.6%에서 나타나지만, 초보 골퍼 그룹은 85.9% ± 2.4%에 위치하여 3% 정도 뒤에 나타났다.

한편, 일반적으로 프로 골퍼의 백스윙 구간과 다운 스윙 구간의 시간 비율은 약 3:1이라고 한다. 위 [표 1]를 살펴보면, 숙련자 그룹 평균은 2.74:1로서 초보 골퍼 그룹의 2.56:1보다 전술한 프로 골퍼의 비율에 보다 더 근사한 것으로 나왔다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치를 통해 분석된 골프 스윙 분석은, 스윙 동작을 하나의 사이클로 간주하여 데이터를 정규화하는 방법을 사용하기 때문에, AE, BM, BT, IP, FM 등의 스윙의 기준 시점을 기초로 하나의 연속적인 골프 스윙 동작을 다른 스윙 동작과 직접 비교할 수 있다.

따라서, 골프 스윙 동작의 단계 구분과 스윙 템포 및 전체 스윙 시간 등의 계산이 가능하며, 스윙 자세, 단계별 스윙 특성 등을 정량적으로 평가하고 바람직한 스윙 동작과 비교할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치에 따라, 인체 압력 중심의 변화를 나타내는 그래프이다.

일반적으로, 골프 스윙시 체중이동 방식은 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 구체적으로, 골프 스윙에서 다운스윙 초기 단계부터 체중은 타겟방향으로 이동하기 시작하는데, 임팩트 단계에서 대부분의 체중이 타겟 방향의 발에 얹어지는 전진형 (front foot type)과 임팩트 시점 이후 다시 타겟 반대 방향으로 체중이 이동하는 역전형 (reverse type)으로 구분할 수 있다.

도 5의 그래프 아랫부분은 골프 스윙 도중 발생하는 COPx 평균값의 변화를 보인 것이다.

구체적으로, 전진형 스윙의 경우에는, BT 시점 이후에 체중이 앞쪽(타겟 방향쪽)으로 이동하면서 IP 시점 부근에서 COPx 최저값을 보인다. 반면, 역전형 스윙의 경우에는, COPx 최저값이 BT 시점과 IP 시점 사이의 영역에서 발생한 후 증가하게 된다. 따라서, BT 시점과 IP 시점 사이에서 발생하는 COPx 최저값 (COPx.min)과 IP 시점에서의 COPx값 (COPx.ip)의 비율, 즉, (COPx.min/COPx.ip)를 계산하면, 골프 스윙 동작 중의 체중 이동 방식의 종류를 판별할 수 있다. 일반적으로, (COPx.min/COPx.ip)값이 0.85 이상이면 전진형, 0.85 미만이면 역전형으로 구분할 수 있다.

도 5의 그래프 윗부분은 골프 스윙 도중 양발에서 발생하는 지면반력을 본인의 체중으로 나눈 비율, (GRF/W)의 평균값을 도시한 것이다.

구체적으로, 전진형의 경우에는, IP 시점에 접근하면서 뒷발(타켓 반대방향의 발)의 지면반력의 비율이 급격하게 감소하면서 체중이 앞발(타켓 방향의 발)쪽으로 이동한다. 반면, 역전형 스윙의 경우에는, 다운스윙 전반부에 체중이 앞발로 이동하다가, 체중 이동방향이 역전되면서 IP 시점에는 뒷발의 지면 반력이 다시 증가하는 양상을 보인다.

또한, 오른발의 지면반력의 변화는 체중이동방식에 따라 IP와 FM시점에서 유의미한 차이가 발생함을 확인할 수 있었다. 즉, 역전형의 경우 전진형보다 IP와 FM 시점에서 뒷발이 감당하는 지면 반력의 크기가 2.5배 이상이었다. 반면, 왼발의 지면반력은 두 가지 체중이동방식에 따라 큰 차이가 없음을 확인할 수 있었다.

도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치에 따라, 골프 스윙 동작에서 체중이동 방식에 따른 COP 평균 궤적을 개략적으로 나타내는 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 체중 이동 방식에 따른 차이점은 IP 시점에서의 COP위치가 AE 시점에 대하여 갖는 상대적인 위치로 설명할 수 있다.

구체적으로, AE 시점과 IP 시점에서 COPx가 타겟 방향으로 이동한 양을 살펴보면, 전진형 스윙의 경우에는 약 19% 이동한 반면 역전형 스윙의 경우에는 약 4% 정도로서 상대적으로 이동량이 매우 적은 것을 확인할 수 있었다.

또한, BT시점 이후의 COPx 위치 궤적을 살펴보면, 전진형의 경우에는 IP 시점에 도달할 때까지 지속적으로 타겟방향으로 이동하지만, 반면 역전형의 경우에는 타겟 방향으로 이동하던 COPx 위치가 IP시점 이전에 다시 타겟 반대방향으로 이동하는 역전 현상이 나타난다는 것이 가장 큰 차이점이다.

또한, COPy 위치변화를 살펴보면, IP 시점과 AE 시점 사이의 차이가 전진형과 역전형의 경우 각각 약 4%, 8% 정도로서 두 가지 방식 모두 인체 전방으로 체중이 이동하는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 도면에 구체적으로 도시하지는 않았지만, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치는 추가적으로 골프 클럽과 이에 부착된 위치 센서 또는 인체의 허리 및 가슴에 부착될 수 있는 관성측정장치를 더 포함할 수 있으며, 골프 클럽 헤드의 위치 데이터 및 인체의 생체 신호 데이터와 추가적으로 연동하여, 좀 더 정확한 골프 스윙 동작의 분석이 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 골프 스윙 동작 분석 장치는, 피험자가 오른손잡이와 왼손잡이 모두 적용이 가능하며, 골프 스윙 동작 후, 1s 이내에 분석 결과를 제공할 수 있기 때문에, 실시간 분석이 가능하다.

또한, 도시하지는 않았지만, 비과시간 카메라에 음성 인식 기능을 추가하여, 시험마다 카메라의 기능을 온오프하거나, 각 스윙의 세부 동작을 구분하여 구동하는 것도 가능하다.

전술한 설명들을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구 범위에 의하여 나타내지며, 특허 청구 범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 골프 스윙 동작을 상세하게 분석함으로써, 골프 스윙 동작의 교정에 필요한 상세 정보를 제공하는 코칭시스템으로서 활용할 수 있다.

또한, 본 발명은 인체 무게중심과 인체 관절 위치의 변화를 이용하는 방법을 사용하고 있기 때문에, 다른 스포츠 동작의 분석 장치 개발에도 적용할 수 있다.

Claims

인체 좌우측 발바닥에서 발생하는 지면반력을 측정하는 센서와 증폭기로 이루어지는 지면반력 센서부;
인체의 복수의 관절점의 위치를 측정하는 센서와 증폭기 및 비과시간(time of flight) 카메라로 이루어지는 관절 위치 센서부; 및
상기 좌우측 발바닥의 지면반력 및 상기 관절점의 위치를 수신하여 연산하는 연산부를 포함하는 골프 스윙 동작 분석 장치로서,
상기 연산부는,
상기 관절 위치 센서부로부터 측정된 데이터로부터 상기 골프 스윙의 단계를 구분하고,
상기 좌우측 발바닥의 지면반력 데이터의 측정시기를 동기화하고, 측정된 좌우측 지면반력 데이터를 이용하여, 인체 압력 중심의 위치와 비율을 계산하며,
상기 골프 스윙의 단계 및 상기 인체 압력 중심의 위치와 비율을 기초로 상기 골프 스윙의 동작을 평가하고,
골프 스윙의 동작을 하나의 사이클로 간주하여, 스윙의 시작 시점을 0% 및 스윙의 종료 시점을 100%로 정규화하고, 상기 스윙 시작 시점과 상기 스윙 종료 시점 내에서 기준 시점의 위치를 전체 스윙 소요 시간에 대한 비율로 산출하여, 전체 골프 스윙 데이터를 시간 기준으로 정규화하는 것을 특징으로 하는 골프 스윙 동작 분석 장치.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 지면반력 센서부 및 상기 관절 위치 센서부는 각각 취득한 데이터를 필터링하여 노이즈를 최소화하는 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 골프 스윙 동작 분석 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 연산부에서 상기 좌우측 발바닥의 지면반력 데이터의 측정시기를 동기화할 때, 타이머를 적용하여 좌우측 발바닥의 데이터 측정 시간차를 최소화하여, 연속적이고 실시간으로 상기 골프 스윙 동작의 분석이 가능한 것을 특징으로 하는 골프 스윙 동작 분석 장치.
제 5 항에 있어서,
골프 클럽 및 상기 골프 클럽에 부착된 위치 센서를 더 포함하고,
상기 연산부는, 상기 골프 클럽 헤드의 위치 데이터와 추가적으로 연동하여, 상기 골프 스윙 동작의 분석이 가능한 것을 특징으로 하는 골프 스윙 동작 분석 장치.
제 6 항에 있어서,
인체의 허리 및 가슴에 부착되는 관성측정장치를 더 포함하고,
상기 연산부는, 상기 관성측정장치로부터 취득한 생체 신호 데이터와 연동하여, 상기 골프 스윙 동작의 분석이 가능한 것을 특징으로 하는 골프 스윙 동작 분석 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 골프 스윙의 단계는, 어드레스 종료 시점, 백스윙 탑 시점 및 임팩트 시점으로 구분되는 것을 특징으로 하는 골프 스윙 동작 분석 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 연산부는, 상기 백스윙 탑 시점 및 상기 임팩트 시점에서의 인체의 측면 방향의 압력 중심과 그 비율을 연산하여, 상기 인체의 체중 이동 방식을 분류하는 것을 특징으로 하는 골프 스윙 동작 분석 장치.
골프 스윙의 동작을 분석하는 방법으로서,
인체 좌우측 발바닥에서 발생하는 지면반력을 측정하는 과정;
센서와 증폭기 및 비과시간(time of flight) 카메라로 인체의 복수의 관절점의 위치를 측정하는 과정;
상기 복수의 관절점의 위치로부터 상기 골프 스윙의 단계를 구분하는 과정;
상기 좌우측 발바닥의 지면반력 데이터의 측정시기를 동기화하고, 측정된 좌우측 지면반력 데이터로부터 인체 압력 중심의 위치와 비율을 연산하는 과정;
상기 골프 스윙의 단계 및 상기 인체 압력 중심의 위치와 비율로부터 상기 골프 스윙의 동작을 평가하는 과정; 및
골프 스윙의 동작을 하나의 사이클로 간주하여, 스윙의 시작 시점을 0% 및 스윙의 종료 시점을 100%로 정규화하고, 상기 스윙 시작 시점과 상기 스윙 종료 시점 내에서 기준 시점의 위치를 전체 스윙 소요 시간에 대한 비율로 산출하여, 전체 골프 스윙 데이터를 시간 기준으로 정규화하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 골프 스윙의 동작을 분석하는 방법.