KR102669531B1 - Friction Quantification System - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템은 마찰력이 발생하는 매 순간의 마찰력을 화살표를 누적하여 표시하고, 마찰력 크기와 방향을 기준에 따라 표준화한다. 또한, 마찰력 대표값을 설정하여 달리기 및 다양한 스포츠 동작 중 지면에 지지하는 구간의 주요 마찰력을 정량화하여 표출한다.
또한, 측정된 마찰력의 최대값과 평균값을 색으로 다르게 표시하여, 마찰력 크기와 발생 위치를 보다 가시적이고 직관적으로 파악할 수 있도록 한다.The friction force quantification system according to the embodiment displays the friction force at every moment when friction occurs by accumulating arrows, and standardizes the size and direction of the friction force according to standards. In addition, by setting a representative value of friction force, the main friction force of the section supported on the ground during running and various sports activities is quantified and expressed.
In addition, the maximum and average values of the measured friction force are displayed in different colors, making it possible to more visually and intuitively understand the size of the friction force and the location of occurrence.
Description
본 개시는 마찰력 정량화 시스템에 관한 것으로 구체적으로, 달리기 등 다양한 스포츠 동작 중 지면에 지지하는 구간의 주요 마찰력을 정량화 하여 표출하는 시스템에 관한 것이다. This disclosure relates to a friction force quantification system, and more specifically, to a system that quantifies and expresses the main friction force of a section supporting the ground during various sports activities such as running.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.Unless otherwise indicated herein, the material described in this section is not prior art to the claims of this application, and is not admitted to be prior art by inclusion in this section.
마찰력은 스포츠에서 중요한 요소 중 하나다. 마찰력이란 물체의 운동을 방해하는 힘으로, 두 물체가 서로 맞닿는 표면에서 발생한다. 마찰력의 크기는 운동 방향과 반대로 작용하고, 물체 표면 거칠기와 물체 무게에 따라 좌우된다. 눈이나 얼음 위에서 경기하는 선수가 속도를 내거나 정지할 때, 또는 진행 방향을 바꾸거나 회전할 때 마찰력을 잘 이용하는 것이 경기력의 관건이다.Friction is one of the important factors in sports. Friction is a force that hinders the movement of objects and occurs on the surfaces where two objects come into contact with each other. The magnitude of the friction force acts opposite to the direction of motion and depends on the surface roughness of the object and the weight of the object. The key to athletic performance is that athletes competing on snow or ice use friction effectively when speeding up, stopping, changing direction, or turning.
스키 선수의 경우 스키 바닥과 눈 사이에서 마찰에 의한 열이 발생한다. 이 열이 눈을 녹이고 스키가 잘 미끄러진다. 스키 재질로 합성 플라스틱이 주로 사용되는 것도 비슷한 이유다. 합성 플라스틱 스키는 금속 재질 스키보다 열전도율이 낮기 때문에 상대적으로 눈을 더 많이 녹일 수 있어 더 빠른 속도를 낼 수 있게 해준다.For skiers, heat is generated by friction between the bottom of the ski and the snow. This heat melts the snow and makes the skis glide easily. It is for a similar reason that synthetic plastic is mainly used as ski material. Synthetic plastic skis have lower thermal conductivity than metal skis, so they can melt relatively more snow, allowing for faster speeds.
스톤과 빗자루라는 독특한 조합의 빙상 종목인 컬링도 마찰력이 승패를 좌우한다고 해도 과언이 아닌 경기다. 컬링 선수들은 전략에 따라 스톤을 더 멀리 보내기도, 가깝게 보내기도 해야 하는데 이 과정에서 마찰력을 조절하기 위해 빗자루를 쓴다. 빗자루로 얼음판을 문질러 생기는 마찰열로 얼음을 녹이면 스톤이 더 멀리 뻗어간다.Curling, an ice sport with a unique combination of stones and brooms, is a game in which it is no exaggeration to say that friction determines victory or defeat. Curling players have to send stones further or closer depending on their strategy, and use a broom to control friction in this process. When the friction heat generated by rubbing the ice plate with a broom melts the ice, the stone extends further.
0.001초 단위로 속도를 다투는 대표적인 빙상 종목 중 하나인 쇼트트랙의 경우 선수는 곡선 구간을 돌 때도 속도를 유지하기 위해 마찰을 줄이는 게 중요하다. 쇼트트랙 선수는 곡선 주로에서 밖으로 튕겨 나가려는 원심력을 이기기 위해 회전 방향으로 손을 짚으면서 원심력과 반대 방향 힘인 구심력을 높인다. 또한, 마찰력을 스포츠에 활용하는 대표적인 예는 스케이트 날이다. 스케이트날은 가늘고 날카롭다. 압력은 접촉면당 가해지는 힘이 커지거나 힘을 가하는 면적이 좁을수록 커지며 압력이 증가하면 얼음은 물 상태가 된다. 날카로운 스케이트 날에 사람의 몸무게가 실리면 접촉면의 얼음이 순간적으로 녹아서 물이 된다. 그 물이 스케이트 날과 얼음판 사이의 윤활유 역할을 하게 되어 마찰력은 줄어들고 속도가 나게 된다. 네덜란드 스피드스케이팅 선수들은 클랩 스케이트를 주로 활용하는데 클랩 스케이트는 얼음을 지치고 몸을 앞으로 이동하는 순간, 스케이트화의 뒷굽에서 날이 분리되고 발을 떼어도 얼음판에 스케이트 날이 붙어 있어서 날과 얼음 사이의 마찰을 줄여주고 선수는 체력부담을 덜면서 속도를 유지할 수 있도록 해 준다. 이러한 클랩 스케이트를 활용하여 네덜란드는 스피드스케이팅 강국으로 부상하게 되었다. 쇼트트랙 선수의 착용장갑에도 마찰력을 줄이기 위해 손가락 끝을 매끄러운 에폭시 수지로 감싼다. 이를 통해 쇼트트랙선수들은 곡선 구간을 돌 때 몸을 옆으로 기울여서 넘어지는 것을 방지하기 위해 장갑을 착용한다. 이렇게 마찰력을 정확하게 측정하고 컨트롤 하는 경우 경기력 향상에 많은 도움이 되지만, 운동 중 발생하는 마찰력을 정확하게 측정하는 시스템 및 측정 지표가 부재한 실정이다. In the case of short track, one of the representative ice sports where speed is contested in 0.001-second increments, it is important for athletes to reduce friction to maintain speed even when going around curves. In order to overcome the centrifugal force that tries to bounce out of a curved track, short track athletes increase the centripetal force, which is the force in the opposite direction to the centrifugal force, by pointing their hand in the direction of rotation. Additionally, a representative example of using friction in sports is skate blades. Skate blades are thin and sharp. Pressure increases as the force applied per contact surface increases or the area to which force is applied becomes narrower, and as the pressure increases, ice becomes watery. When a person's weight is placed on a sharp skate blade, the ice on the contact surface instantly melts and turns into water. The water acts as a lubricant between the skate blade and the ice, reducing friction and increasing speed. Dutch speed skaters mainly use clap skates. In clap skates, the blade separates from the heel of the skate shoe the moment you tire of the ice and move your body forward, and even when you take your feet off, the skate blade remains on the ice, causing friction between the blade and the ice. It reduces the pressure and allows the athlete to maintain speed while reducing the physical burden. By utilizing these clap skates, the Netherlands emerged as a speed skating powerhouse. The gloves worn by short track athletes also cover the fingertips with smooth epoxy resin to reduce friction. Through this, short track athletes wear gloves to prevent themselves from falling by leaning their bodies to the side when going around curves. Accurately measuring and controlling friction in this way can be very helpful in improving athletic performance, but there is no system or measurement index that accurately measures the friction that occurs during exercise.
실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템은 마찰력이 발생하는 매 순간의 마찰력을 화살표를 누적하여 표시하고, 마찰력 크기와 방향을 기준에 따라 표준화한다. 또한, 마찰력 대표값을 설정하여 달리기 및 다양한 스포츠 동작 중 지면에 지지하는 구간의 주요 마찰력을 정량화하여 표출한다. The friction force quantification system according to the embodiment displays the friction force at every moment when friction occurs by accumulating arrows, and standardizes the size and direction of the friction force according to standards. In addition, by setting a representative value of friction force, the main friction force of the section supported on the ground during running and various sports activities is quantified and expressed.
또한, 측정된 마찰력의 최대값과 평균값을 색으로 다르게 표시하여, 마찰력 크기와 발생 위치를 보다 가시적이고 직관적으로 파악할 수 있도록 한다.In addition, the maximum and average values of the measured friction force are displayed in different colors, making it possible to more visually and intuitively understand the size of the friction force and the location of occurrence.
실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템은 선수를 포함하는 분석객체의 움직임을 촬영하는 카메라; 발에 부착되어 3차원 위치 좌표를 생성하는 반사마커; 각각의 반사 마커로 표시된 발바닥 모양을 기준으로 가해진 힘의 방향과 크기를 이용하여 마찰력을 산출하는 산출모듈; 산출된 마찰력을 마찰력이 가해진 위치와 크기에 따라 분석하는 분석모듈; 및 분석된 마찰력의 위치와 크기에 대응하는 화살표, 색을 포함하는 디스플레이를 출력하는 출력 모듈; 을 포함한다. The friction force quantification system according to the embodiment includes a camera that captures the movement of an analysis object including a player; A reflective marker attached to the foot to generate three-dimensional position coordinates; A calculation module that calculates friction force using the direction and magnitude of the applied force based on the shape of the sole indicated by each reflective marker; An analysis module that analyzes the calculated friction force according to the location and size of the friction force applied; and an output module that outputs a display including arrows and colors corresponding to the position and size of the analyzed friction force. Includes.
이상에서와 같은 마찰력 정량화 시스템은 보행 및 달리기를 비롯한 다양한 스포츠 동작 수행 시 지면에서 발생하는 마찰력의 크기와 위치를 정확하게 측정하고 대표값(최대값, 평균값)과 8방향으로 간소화함으로써, 다양한 스포츠 동작에서 발생하는 마찰력을 정량화 시킬 수 있다. The friction force quantification system as described above accurately measures the size and location of friction force generated on the ground when performing various sports movements, including walking and running, and simplifies it into representative values (maximum value, average value) and 8 directions, so that it can be used in various sports movements. The friction force that occurs can be quantified.
스포츠 동작과 성과에 많은 영향을 미치는 마찰력의 발생 위치와 크기를 정량화 함으로써, 스포츠 동작의 효율성과 경기력을 향상시킬 수 있으며, 요구되는 마찰력의 적용을 통해 동작의 안정성을 높이고 미끄러짐으로 인한 낙상 등의 상해를 예방하는데 활용할 수 있다.By quantifying the location and size of friction force that has a significant impact on sports movement and performance, the efficiency and performance of sports movement can be improved. By applying the required friction force, the stability of movement can be increased and injuries such as falls due to slipping can be improved. It can be used to prevent.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템 구성을 나타낸 도면
도 2는 실시예에 따른 카메라와 지면반력기를 나타낸 도면
도 3은 실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템에서 마찰력 산출 필요조건을 나타낸 도면
도 4는 실시예에 따른 마찰력 정량화 방향 및 마찰력 정량화 최종 출력을 나타낸 도면
도 5은 실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템의 마찰력 분석 출력 예를 나타낸 도면
도 6은 지면 반력 측정 실시예를 나타낸 도면
도 7은 발이 지면에 지지하는 동안 지면반력의 형태에 따라 착지구간과 추진구간으로 구분한 실시예를 나타낸 도면1 is a diagram showing the configuration of a friction force quantification system according to an embodiment
Figure 2 is a diagram showing a camera and a ground reaction force according to an embodiment
Figure 3 is a diagram showing the necessary conditions for calculating friction force in the friction force quantification system according to the embodiment.
Figure 4 is a diagram showing the direction of friction force quantification and the final output of friction force quantification according to an embodiment.
Figure 5 is a diagram showing an example of friction force analysis output from the friction force quantification system according to an embodiment
Figure 6 is a diagram showing an example of measuring ground reaction force
Figure 7 is a diagram showing an embodiment divided into a landing section and a propulsion section according to the type of ground reaction force while the foot is supported on the ground.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to provide common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. The terms described below are terms defined in consideration of functions in embodiments of the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
도 1은 실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템 구성을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the configuration of a friction force quantification system according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템은 카메라(10), 반사마커(100), 지면 반력기(200), 산출모듈(300), 분석모듈(400) 및 출력 모듈(500)을 포함하여 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 '모듈' 이라는 용어는 용어가 사용된 문맥에 따라서, 소프트웨어, 하드웨어 또는 그 조합을 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 소프트웨어는 기계어, 펌웨어(firmware), 임베디드코드(embedded code), 및 애플리케이션 소프트웨어일 수 있다. 또 다른 예로, 하드웨어는 회로, 프로세서, 컴퓨터, 집적 회로, 집적 회로 코어, 센서, 멤스(MEMS; Micro-Electro-Mechanical System), 수동 디바이스, 또는 그 조합일 수 있다.Referring to FIG. 1, the friction force quantification system according to the embodiment includes a camera 10, a reflective marker 100, a ground reaction force device 200, a calculation module 300, an analysis module 400, and an output module 500. It can be configured to include. The term 'module' used in this specification should be interpreted to include software, hardware, or a combination thereof, depending on the context in which the term is used. For example, software may be machine language, firmware, embedded code, and application software. As another example, hardware may be a circuit, processor, computer, integrated circuit, integrated circuit core, sensor, Micro-Electro-Mechanical System (MEMS), passive device, or a combination thereof.
카메라(100)는 마찰력을 측정하고자 하는 선수 등 분석객체의 움직임을 촬영한다. 실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템은 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 2대 이상의 적외선 카메라(infrared camera)를 구비하여 촬영속도(sampling rate) 최소 100 Hz로 설정하여 움직임을 촬영할 수 있다.The camera 100 captures the movement of an analysis object, such as an athlete whose friction force is to be measured. As shown in (a) of FIG. 2, the friction force quantification system according to the embodiment is equipped with two or more infrared cameras and can capture movement by setting the sampling rate to at least 100 Hz.
반사마커(100)은 발에 부착되어 3차원 위치 좌표를 생성하고, 부착된 영역에 가해지는 힘의 방향과 크기를 측정한다. 실시예에서 반사마커(reflection marker)(100)는 지름 1cm내지2cm의 구 형태가 될 수 있고, 움직임 측정센서, 근력측정센서, 속도 측정센서, 가속 측정센서 등 마찰력을 구성하는 힘의 구성요소 센싱에 필요한 센서들로 구성될 수 있다.The reflective marker 100 is attached to the foot, generates three-dimensional position coordinates, and measures the direction and magnitude of force applied to the attached area. In the embodiment, the reflection marker 100 may be in the shape of a sphere with a diameter of 1 cm to 2 cm, and may be used to sense the components of the force that constitutes friction, such as a motion measurement sensor, a muscle strength measurement sensor, a speed measurement sensor, and an acceleration measurement sensor. It can be composed of the necessary sensors.
지면 반력기(200)는 충격력 추진력, 지면반력(Ground Reaction Force)을 포함하는 동작 중 인체에 작용하는 힘을 센싱 한다. 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템의 지면 반력기(200)는 보행이나 주행 등 몸을 움직일 때 가해지는 힘을 측정할 수 있는 기기이다. 예를 들어 육상 경기에서는 출발 시점 및 주행 시점 에서의 힘을 정밀하게 측정할 수 있고, 야구 경기에서는 피칭과 배팅 시에 발을 밟았을 때의 압력 등을 측정할 수 있다. 실시예에서는 지면반력기(200)의 샘플링 속도(sampling rate)를 최소 1000 Hz 이상으로 설정하여 지면 반력을 측정할 수 있다. 실시예에서는 달리기를 비롯한 스포츠 동작이 수행되는 주변에 적외선 카메라를 설치하고, 지지하는 발이 지면 반력기 위에 위치하도록 동작을 유도한다. 이후, 발 또는 신발에 부착한 도 3의 (b)에 도시된 6개의 반사 마커에 대한 3차원 위치 좌표를 획득하여 마찰력을 산출하도록 한다. The ground reaction force device 200 senses forces acting on the human body during operation, including impact force, propulsion, and ground reaction force. As shown in (b) of FIG. 2, the ground reaction force device 200 of the friction force quantification system according to the embodiment is a device that can measure the force applied when the body moves, such as walking or running. For example, in track and field events, the force at the starting and running points can be precisely measured, and in baseball games, the pressure when the foot is stepped on during pitching and batting can be measured. In the embodiment, the ground reaction force can be measured by setting the sampling rate of the ground reaction force device 200 to at least 1000 Hz. In an embodiment, an infrared camera is installed around where sports movements, including running, are performed, and the movements are guided so that the supporting foot is positioned on the ground reaction machine. Thereafter, the three-dimensional position coordinates of the six reflective markers shown in (b) of FIG. 3 attached to the foot or shoe are obtained to calculate the friction force.
산출모듈(300)은 각각의 반사 마커로 발의 위치를 계산하고 발 모양을 기준으로 가해진 힘의 방향과 크기를 이용하여 마찰력을 산출한다. 실시예에서 산출모듈(300)은 마찰력 크기는 지면을 수직으로 누르는 수직힘 대비 수평힘의 크기로 산출한다. 실시예에서 산출모듈(300)은 지면 반력기(200)에서 센싱된 데이터를 전달받아, 지면 반력의 방향에 따른 힘의 구성요소를 활용하여 마찰력을 산출할 수 있다. 지면 반력의 방향에 따른 힘의 구성요소에는 좌우 지면반력 Fx, 전후 지면반력 Fy 및 수직 지면반력 Fz 이 포함될 수 있다. 마찰력의 크기는 수학식 1에 따라 지면을 수직으로 누르는 수직 지면 반력에 대한 수평 지면 반력의 크기로 산출한다.The calculation module 300 calculates the position of the foot using each reflective marker and calculates the friction force using the direction and magnitude of the applied force based on the shape of the foot. In the embodiment, the calculation module 300 calculates the friction force as the magnitude of the horizontal force compared to the vertical force pressing the ground vertically. In an embodiment, the calculation module 300 may receive data sensed from the ground reaction force device 200 and calculate the friction force using force components according to the direction of the ground reaction force. Components of the force depending on the direction of the ground reaction force may include left and right ground reaction force Fx, front and rear ground reaction force Fy, and vertical ground reaction force Fz. The size of the friction force is calculated as the size of the horizontal ground reaction force relative to the vertical ground reaction force that presses the ground vertically according to Equation 1.
수학식 1 Equation 1
GRF: 지면반력(ground reaction forces),GRF: ground reaction forces,
RCOF: 필요한 마찰계수(Required coefficient of friction)RCOF: Required coefficient of friction
도 3은 실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템에서 마찰력 산출 필요조건을 나타낸 도면이다. 실시예에서는 산출모듈(300)은 마찰력 산출 시 도 3의 (a)에 도시된 3차원 지면반력 (Fx; 좌우 지면반력, Fy: 전후 지면반력, Fz: 수직 지면반력) 과 도 3의 (b)에 도시된 발 분절 위치를 이용하여, 마찰력의 방향을 발의 분절 위치와 수평 지면 반력의 방향으로 설정할 수 있다. 또한, 실시예에서 산출모듈(300)은 가해진 마찰력의 크기를 마찰계수(수직 힘 대비 수평 힘)로 표시할 수 있다.Figure 3 is a diagram showing the necessary conditions for calculating friction force in the friction force quantification system according to an embodiment. In the embodiment, when calculating friction force, the calculation module 300 calculates the three-dimensional ground reaction force (Fx; left and right ground reaction force, Fy: front and rear ground reaction force, Fz: vertical ground reaction force) shown in (a) of FIG. 3 and (b) of FIG. 3. ), the direction of the friction force can be set to the foot segment position and the direction of the horizontal ground reaction force. Additionally, in the embodiment, the calculation module 300 may display the magnitude of the applied friction force as a friction coefficient (horizontal force compared to vertical force).
분석모듈(400)은 산출된 마찰력을 마찰력이 가해진 위치와 크기에 따라 분석한다. 예컨대, 분석모듈(400)은 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 마찰력의 방향을 8방향으로 분류하여 마찰력 표출구간을 생성하고, 표출구간에 가해지는 최대마찰력, 평균마찰력의 위치, 크기, 방향을 분석한다. 실시예에서 표출구간은 충격을 흡수하는 착지구간과 추진력을 가하는 추진구간을 포함할 수 있다.The analysis module 400 analyzes the calculated friction force according to the location and size of the friction force applied. For example, as shown in (c) of FIG. 4, the analysis module 400 classifies the direction of friction force into 8 directions to create a friction force expression section, and determines the location and size of the maximum friction force and average friction force applied to the expression section. , analyze the direction. In an embodiment, the expression section may include a landing section that absorbs shock and a propulsion section that applies propulsion.
출력 모듈(500)은 분석된 마찰력의 위치와 크기에 대응하는 화살표, 색을 포함하는 시각적 디스플레이를 출력한다. 출력 모듈(500)은 지면에 지지하는 구간에서 매 순간 산출 가능한 마찰력의 대표값을 설정하고 설정한 대표값을 표시할 수 있다. 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 출력모듈(500)은 마찰력 정량화 지표와 함께, 착지구간(D)과 추친구간(E)을 표시하고 마찰력 분석 순간의 동작에 해당하는 사진(F)도 함께 출력할 수 있다.The output module 500 outputs a visual display including arrows and colors corresponding to the location and size of the analyzed friction force. The output module 500 can set a representative value of friction force that can be calculated at each moment in a section supported on the ground and display the set representative value. Referring to FIG. 4, the output module 500 according to the embodiment displays the landing zone (D) and the pursuit zone (E) along with the friction force quantification index, and also displays a photo (F) corresponding to the movement at the moment of friction force analysis. They can be printed together.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템은 화살표 방향은 마찰력 방향으로, 화살표 길이는 마찰력 크기로, 화살표 시작점은 지면에 가한 힘점으로 매칭하고, 약 0.01초의 화살표를 연속적으로 표기하여 발이 지면을 지지하고 있는 구간을 표시할 수 있다. 또한, 마찰력 최대값과 평균값은 색을 달리하여 출력할 수 있다. 예컨대, 마찰력 최대값은 붉은색으로, 평균값은 파란색으로 출력할 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에 따른 출력 모듈이 표시한 화살표 색, 문자, 화살표 방향, 길이에 매칭된 의미는 다음과 같다. (B) PL 1.5는 충격흡수 구간인 착지구간(B)에서 PL 방향(오른발 기준 뒤쪽 외측 45도 방향)으로 수직힘 대비 1.5배의 최대(빨간색) 마찰력(마찰계수)이 요구된다(필요하다)는 의미이다. (B) PL 1.0은 충격흡수 구간인 착지구간(B)에서 AM - PL 방향(오른발 기준 뒤쪽 외측 45도 방향)으로 수직힘 대비 1.0배의 평균(파란색) 마찰력(마찰계수)이 요구된다(필요하다)로 해석할 수 있다. (P) A 2.5는 추진구간(P)에서 A 방향(오른발 기준 앞쪽 방향)으로 수직힘 대비 2.5배의 최대(빨간색) 마찰력(마찰계수)이 요구된다(필요하다)의 의미이다. (P) A 1.5는 충격흡수 구간인 착지구간(P)에서 A 방향(오른발 기준 앞쪽 방향)으로 수직힘 대비 1.5배의 평균(파란색) 마찰력(마찰계수)이 요구된다(필요하다)는 의미로 해석할 수 있다. Referring to FIG. 4, the friction force quantification system according to the embodiment matches the direction of the arrow with the direction of friction force, the length of the arrow with the size of friction force, and the starting point of the arrow with the force point applied to the ground, and continuously displays arrows of about 0.01 seconds to determine when the foot touches the ground. You can display the section that supports . Additionally, the maximum and average friction force values can be output in different colors. For example, the maximum friction force value can be output in red and the average value can be output in blue. The meanings matched to the arrow color, character, arrow direction, and length displayed by the output module according to the embodiment shown in FIG. 4 are as follows. (B) PL 1.5 requires a maximum (red) friction (friction coefficient) of 1.5 times the vertical force in the PL direction (45 degrees outward, behind the right foot) in the landing section (B), which is a shock absorption section. means. (B) PL 1.0 requires an average (blue) friction force (friction coefficient) of 1.0 times the vertical force in the AM - PL direction (45 degrees outside the rear of the right foot) in the landing section (B), which is a shock absorption section (required) It can be interpreted as). (P) A 2.5 means that a maximum (red) friction force (friction coefficient) of 2.5 times the vertical force is required (required) in the direction A (forward direction based on the right foot) in the propulsion section (P). (P) A 1.5 means that an average (blue) friction force (friction coefficient) of 1.5 times the vertical force is required (necessary) in the direction A (forward direction based on the right foot) in the landing section (P), which is the shock absorption section. It can be interpreted.
도 5는 실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템의 마찰력 분석 출력 예를 나타낸 도면이다.Figure 5 is a diagram showing an example of friction force analysis output from the friction force quantification system according to an embodiment.
도 5를 참조하면, 실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템은 촬영된 움직임을 분절하고, 힘이 가해지는 위치 좌표를 추출하고 추출된 좌표를 각 포인트(P)로 매핑하여, 각 포인트 에서의 수평 지면 반력과 수직 지면 반력을 화살표로 표현할 수 있다.Referring to FIG. 5, the friction force quantification system according to the embodiment segments the photographed movement, extracts the coordinates of the position where the force is applied, and maps the extracted coordinates to each point (P), resulting in the horizontal ground reaction force at each point. and vertical ground reaction force can be expressed with arrows.
도 6은 지면 반력 측정 실시예를 나타낸 도면이다. Figure 6 is a diagram showing an example of measuring ground reaction force.
도 6을 참조하면, 실시예에서는 지면 반력을 매순간(0.001초) 3차원으로 측정하여, 측정된 지면 반력을 시간에 따른 그래프로 변환하여 디스플레이 할 수 있다. Referring to FIG. 6, in the embodiment, the ground reaction force can be measured in three dimensions at every moment (0.001 seconds), and the measured ground reaction force can be converted into a graph over time and displayed.
도 7은 발이 지면에 지지하는 동안 지면반력의 형태에 따라 착지구간과 추진구간으로 구분한 실시예를 나타낸 도면이다.Figure 7 is a diagram showing an embodiment divided into a landing section and a propulsion section according to the type of ground reaction force while the foot is supported on the ground.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템의 분석모듈은 시간에 따른 마찰력 변화 그래프를 생성하고, 생성된 그래프에서 마찰력 제시 구간을 착지구간과 추진구간으로 구분하여 분석할 수 있다. 실시예에서는 러닝(Running), 점핑(jumping), 회전(Rotation)을 포함하는 다양한 움직임의 마찰력 변화그래프를 생성하고, 분석할 수 있다.Referring to FIG. 7, the analysis module of the friction force quantification system according to the embodiment generates a graph of friction force change over time, and in the generated graph, the friction force presentation section can be divided into a landing section and a propulsion section and analyzed. In an embodiment, friction change graphs for various movements including running, jumping, and rotation can be generated and analyzed.
실시예에 따른 마찰력 정량화 시스템은 매 순간의 마찰력을 화살표를 누적시켜 표출하고, 마찰력 크기와 방향은 기준에 따라 표준화하며, 마찰력 대표값을 설정하여 표시함으로써 스포츠 동작 중 발생하는 마찰력의 크기와 위치를 정확하게 측정하고 측정 결과에 기반하여 신발, 장갑 등 스포츠 용품을 설계 가능하게 함으로써, 선수들의 경기력을 대폭 향상시킬 수 있다.The friction force quantification system according to the embodiment displays the friction force at every moment by accumulating arrows, standardizes the size and direction of the friction force according to standards, and sets and displays a representative value of the friction force to determine the size and location of the friction force that occurs during sports movements. By measuring accurately and designing sports equipment such as shoes and gloves based on the measurement results, the performance of athletes can be significantly improved.
스포츠 동작과 성과에 많은 영향을 미치는 마찰력의 발생 위치와 크기를 정확하게 측정함으로써, 선수들의 훈련 과정과 결과를 더욱 정확하게 분석할 수 있다. 이를 통해, 정확한 훈련 피드백을 제시하여 경기력 향상 및 선수 개개인의 역량 향상에 도움을 줄 수 있다. By accurately measuring the location and size of friction force, which has a significant impact on sports movements and performance, the training process and results of athletes can be analyzed more accurately. Through this, accurate training feedback can be provided to help improve performance and individual athlete capabilities.
뿐만 아니라, 보행 및 달리기를 비롯한 다양한 스포츠 동작 수행 시 지면에서 발생하는 마찰력의 크기와 위치를 정확하게 측정하고 대표값(최대값, 평균값)과 8방향으로 간소화함으로써, 다양한 스포츠 동작에서 발생하는 마찰력을 정량화 시킬 수 있다. In addition, the size and location of the friction force generated from the ground when performing various sports movements, including walking and running, are accurately measured and simplified into representative values (maximum value, average value) and eight directions, thereby quantifying the friction force occurring in various sports movements. You can do it.
스포츠 동작과 성과에 많은 영향을 미치는 마찰력의 발생 위치와 크기를 정량화 함으로써, 스포츠 동작의 효율성과 경기력을 향상시킬 수 있으며, 요구되는 마찰력의 적용을 통해 동작의 안정성을 높이고 미끄러짐으로 인한 낙상 등의 상해를 예방하는데 활용할 수 있다.By quantifying the location and size of friction force that has a significant impact on sports movement and performance, the efficiency and performance of sports movement can be improved. By applying the required friction force, the stability of movement can be increased and injuries such as falls due to slipping can be improved. It can be used to prevent.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.The disclosed content is merely an example, and may be modified and implemented in various ways by those skilled in the art without departing from the gist of the claims, so the scope of protection of the disclosed content is limited to the specific scope described above. It is not limited to the examples.
Claims (7)
선수를 포함하는 분석객체의 움직임을 촬영하는 카메라;
발에 부착되어 3차원 위치 좌표를 생성하고, 가해지는 힘의 방향과 크기를 측정하는 반사마커;
각각의 반사 마커로 발의 위치를 계산하고 가해진 힘의 방향과 크기를 이용하여 지면에 접촉된 발바닥 내에서 발생되는 마찰력을 산출하는 산출모듈;
산출된 마찰력을 마찰력이 가해진 위치와 크기에 따라 분석하는 분석모듈;
분석된 마찰력의 위치와 크기에 대응하는 화살표, 색을 포함하는 디스플레이를 출력하는 출력 모듈; 및
충격력 추진력, 지면반력(Ground Reaction Force)을 포함하는 동작 중 인체에 작용하는 힘을 센싱하는 지면 반력기; 를 포함하고
상기 산출모듈; 은
마찰력 크기를 지면을 수직으로 누르는 수직힘 대비 수평힘의 크기로 산출하고,
상기 출력 모듈; 은
지면에 지지하는 구간에서 매 순간 산출 가능한 마찰력의 대표값을 설정하고 설정한 대표값을 표시하고
상기 분석 모듈; 은
마찰력의 방향을 8방향으로 분류하여 충격을 흡수하는 착지구간과 추진력을 가하는 추진구간을 포함하는 표출구간을 생성하고, 표출구간에 가해지는 최대마찰력, 평균마찰력의 위치, 크기, 방향을 분석하고
상기 반사마커; 는
발이 부착된 영역에 가해지는 힘의 방향과 크기를 측정하고. 지름 1cm내지2cm의 구의 형태로 구성되고, 움직임 측정센서, 근력측정센서, 속도 측정센서 및 가속 측정센서를 포함하고,
상기 출력 모듈; 은
설정한 대표값 및 마찰력 정량화 지표와 함께, 착지구간(D)과 추친구간(E)을 표시하고 마찰력 분석 순간의 동작에 해당하는 사진(F)을 함께 출력하고,
마찰력 방향을 화살표 방향으로, 마찰력 크기를 화살표 길이로 매칭하고, 화살표 시작점은 지면에 가한 힘점으로 매칭하고, 0.01초의 시간간격에 따라 화살표를 연속적으로 표기하여 발이 지면을 지지하고 있는 구간을 표시하고, 마찰력 최대값과 평균값에 각각 다른 색을 매칭하여 출력하는 것을 특징으로 하는 마찰력 정량화 시스템.
In the friction force quantification system,
A camera that records the movements of analysis objects, including players;
A reflective marker attached to the foot to generate three-dimensional position coordinates and measure the direction and size of the applied force;
A calculation module that calculates the position of the foot using each reflective marker and calculates the friction force generated within the sole of the foot in contact with the ground using the direction and size of the applied force;
An analysis module that analyzes the calculated friction force according to the location and size of the friction force applied;
An output module that outputs a display including arrows and colors corresponding to the position and size of the analyzed friction force; and
A ground reaction force device that senses forces acting on the human body during motion, including impact force, propulsion, and ground reaction force; includes
The calculation module; silver
The size of the friction force is calculated as the size of the horizontal force compared to the vertical force pressing the ground vertically,
the output module; silver
Set the representative value of friction force that can be calculated at every moment in the section supported on the ground and display the set representative value.
the analysis module; silver
By classifying the direction of friction into 8 directions, an expression section including a landing section that absorbs shock and a propulsion section that applies propulsion is created, and the location, size, and direction of the maximum friction force and average friction force applied to the expression section are analyzed.
The reflective marker; Is
Measure the direction and magnitude of force applied to the area where the foot is attached. It is composed of a sphere with a diameter of 1cm to 2cm and includes a movement measurement sensor, a muscle strength measurement sensor, a speed measurement sensor, and an acceleration measurement sensor,
the output module; silver
In addition to the set representative values and friction force quantification indicators, the landing zone (D) and the thrust zone (E) are displayed, and a photo (F) corresponding to the movement at the moment of friction analysis is also output.
The direction of friction is matched to the direction of the arrow, the size of friction is matched to the length of the arrow, the starting point of the arrow is matched to the force point applied to the ground, and arrows are displayed continuously at a time interval of 0.01 seconds to indicate the section where the foot supports the ground. A friction force quantification system characterized by matching different colors to the maximum and average friction force values.
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