KR20060125447A - 골프 스윙 진단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세전자기계시스템("MEMS")를 이용한 골프 스윙 진단장치에 관한 것으로서 자이로센서 적어도 1개, 필요한 경우 가속도 센서 적어도 1개, 필요한 경우 방향센서 적어도 1개, 센서의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호처리 회로 및 전원수단으로 이루어지고 인체, 의복 또는 채에 부착되거나 삽입된 1개 이상의 센서모듈; 상기 센서모듈의 센서 신호 데이터를 송수신하기 위한 통신수단; 상기 센서모듈에서 수신된 데이터를 소프트웨어 루틴에 의하여 가공하여, 기준점에서부터의 스윙 동작 정보를 산출하거나, 기준 패턴과 차이점을 계산하는 컴퓨팅 수단; 및 상기 산출된 스윙 동작 정보 및/또는 상기 기준 패턴과의 차이점을 표시하는 표시 수단으로 이루어지는 골프 스윙 진단장치를 제공한다.

본 발명의 진단장치에 의하여 실제 또는 이와 유사한 상황에서 골프 스윙을 하면서 골프스윙이 미리 설정된 패턴에 따라 정상적으로 이루어졌는지 즉각적으로 판단할 수 있다.

자이로센서, 가속도센서, 스윙 동작, 진단모듈, 알고리즘

Description

골프 스윙 진단장치{swing diagnosis equipment for golf}

도 1은 본 발명의 한 실시예의 센서모듈에 대한 개략적인 사시도

도 2는 본 발명의 다른 실시예의 센서모듈에 대한 개략적인 사시도

도 3은 도 2의 센서모듈이 장착된 골프 클럽의 개략적인 사시도와 부분단면도

도 4는 본 발명의 한 실시 예에서 평판디스플레이를 포함하는 진단모듈의 사시도

도 5는 도 3과 도 4의 실시예의 블록 다이아그람

도 6은 본 발명의 본 발명의 한 실시 예에서 센서모듈과 진단모듈의 일체형이 장착된 퍼터 스윙 진단장치의 부분단면도

도 7은 도 6의 실시예의 블록 다이아그람

도 8은 본 발명에서 진단모듈이 그립에 장착된 퍼터 스윙 진단장치의 사시도

도 9, 10, 11 및 12는 스윙 동작의 시간 축에 대한 센서 신호 값의 변화 그래프

도 13은 는 퍼팅 동작의 x-z 평면에서의 스윙 궤도 그래프

도 14는 스윙 동작의 x-y 평면에서의 스윙 궤도 그래프

도 15는 클럽헤드 상단의 x-z 지표평면에 대한 동심원 맵형의 기울기 표시화면

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

11a, 11b, 11c; 자이로 센서 10; 센서모듈

12a, 12b, 12c; 가속도센서 30; 진단모듈

41; 평판디스플레이 31; 마이크로컴퓨터

본 발명은 미세전자기계시스템("MEMS") 을 이용한 골프 스윙 진단장치에 관한 것이다.

야구의 배팅, 탁구, 테니스 또는 골프와 같은 운동은 배트, 라켓 또는 클럽 등의 채로 공을 타격하는 운동이다. 이러한 구기운동에서 공의 비거리를 증가시키거나 원하는 방향으로 공을 날려 보내기 위해서는 정확한 타격 각도, 타격점, 타격강도와 정확한 스윙 궤도가 필요하다. 특히 정지된 공을 멀리 정확하게 날려야 하는 골프에 있어서는 타격 각도와 타격점을 포함하는 임팩트의 정확성과 임팩트 세기, 임팩트와 스윙궤도의 조화는 긴 비거리와 좋은 구질의 타구에 중요한 요소이다.

골프 스윙은 크게 나누어 드라이버와 같은 긴 채로 하는 드라이빙 샷, 아이언과 같은 짧은 채로 하는 피칭과 퍼터로 하는 퍼팅으로 나눌 수 있다. 이러한 채(클럽)의 선택에 따라 스윙이 다소 다르기는 하지만 가장 기본적인 스윙의 요령은 스퀘어로 된 임팩트("직각타격")와 목표라인에 근접하는 플랫 스윙궤도이다. 이러한 타격에 의하여 휘어지지 않는 똑바른 구질의 비거리가 큰 타구를 얻을 수 있다.

골프 스윙을 교정하기 위한 많은 도구들이 고안되어 왔고 그 중 일부들은 사용되고 되고 있다. 이러한 도구들은 보조기구를 이용하여 골프스윙의 원리를 진단하게하고, 실제 스윙을 준비하기 위한 것이 대부분으로 실제 스윙에서 바로 판단하여 교정할 수 있는 도구는 많지 않다. 일반적으로 도구를 이용하여 스윙 동작을 진단하는 방식으로 널리 사용되는 것은 캠코더와 같은 비디오 촬영장치에 의한 고속 비디오 촬영으로 수련자의 스윙 동작에 대하여 2차원의 동영상을 얻고 이러한 동영상을 시분할하여 일련의 정지영상을 얻고 표준화된 스윙 동작의 기준영상과 대비하여 수련자의 스윙 동작을 진단 분석한다. 이러한 방식은 고가의 비디오 촬영장치, 촬영장치의 설치, 고가의 소프트웨어와 코치와 같은 판독전문가가 필요하며 연습과정이 복잡하고 비용도 고가이다.

한편 한국특허공개 제 2004-18570호에는 골프 클럽 헤드에 속도 감지 센서를 부착하고 그립 부분에 디스플레이 수단을 구비하여 헤드의 최대 속도를 표시하게 하는 스윙 속도 연습용 골프 클럽을 개시 하고 있다. 그러나 이러한 도구는 스윙 중의 골프 클럽 헤드의 최대속도를 표시하기 위한 것으로 정확한 스윙 동작의 진단에는 크게 기여할 것 같지 않다.

미국특허공개 제2002/0077189호에는 미세전자기계시스템("MEMS")을 이용하여 골프스윙을 분석하는 방법을 개시하고 있다. 여러 가지 센서를 골프헤드에 장착하고 센서 신호를 무선으로 연산장치로 보내고 그 결과를 디스플레이 수단과 진동과 같은 동작으로 출력하여 스윙을 분석하는 개념적인 분석방법을 설명하고 있으나 그 구체적인 수단과 방법이 명확하지 않다.

또한, 미국특허공개 제2002/0123386호에는 여러 가지 센서를 장착하고 센서 신호를 연산하는 컴퓨터로 이루어진 골프클럽을 개시하고 있다. 그러한 센서들을 이용하여 여러 가지 골프헤드의 정보를 추출한다는 것을 개념적으로 기재하고 있으나 그러한 정보를 바탕으로 실제로 유익한 결과를 얻는 방식에 대해서는 기재하고 있지 않다.

본 발명의 목적은 미세전자기계시스템("MEMS")을 사용하여 스윙궤도와 임팩트 정보를 자기 스스로 분석하고 진단할 수 있는 스윙 동작 진단장치를 제공하기 위한 것이다. 또한 본 발명의 목적은 실제 상황 또는 이와 유사한 환경에서 실시할 수 있는 골프 스윙 진단장치를 제공하기 위한 것이다. 또한 본 발명의 목적은 스윙 동작을 분석하고 진단할 수 있는 골프 클럽을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의하여, 자이로센서 적어도 1개, 필요한 경우 가속도센서 적어도 1개, 필요한 경우 방향센서 적어도 1개, 센서의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호처리 회로 및 전원수단으로 이루어지고 인체, 의복 및/또는 골프 채에 부착되거나 삽입된 적어도 1개 이상의 센서모듈; 상기 센서모듈의 센서 신호 데이터를 송수신하기 위한 통신수단; 상기 센서모듈에서 수신된 데이터를 소프트웨어 루틴에 의하여 가공하여 기준점에서부터의 스윙 동작 정보, 즉 자세, 경로, 속도 및/또는 충격의 강도를 산출하고 기준 패턴과 차이점을 계산하는 컴퓨팅 수단; 및 상기 산출된 스윙 동작 및/또는 상기 기준 패턴과의 차이점을 표시하는 표시 수단; 으로 이루어지는 골프 스윙 진단장치가 제공된다.

자이로센서는 회전체의 자이로 모멘트 원리를 응용한 기계식 자이로, 단파장 레이저 빛의 위상 차이를 응용한 광학자이로, 진동체의 코리올리 가속도를 응용한 진동형 자이로의 세 방식이 있다.

기계식 자이로는 내부의 회전체, 외부의 케이싱, 내부 회전체와 외부 케이싱을 연결하는 스프링(suspension), 및 스프링이 변형하면 변형된 크기에 비례하는 전기신호를 출력하는 기전(기계-전자) 에너지변환 요소로 구성되어 있다. 기계식 자이로의 측정원리는 절대좌표계에서 하나의 축(x) 중심으로 w크기의 각속도로 회전하는 회전체가 이 회전 축(x)에 수직인 다른 축(y) 중심으로 Ω크기의 각속도로 회전하면, 회전각속도 Ω에 비례하는 자이로 모멘트가 회전체에 발생하며, 이 자이로 모멘트에 의한 회전체와 외부 케이싱을 연결하는 스프링의 변위 량을 감지하는 방식이다.

광학 자이로는 하나의 레이저 다이오드에서 출력되는 단파장 레이저 빛을 광 학프리즘을 이용하여 두개의 빛으로 분리한 후 서로 반대방향으로 하나의 원통에 감겨진 두개의 광케이블에 각각 보내고, 광케이블의 원통 케이싱이 회전할 때 두 빛의 출력단에서 두 빛의 위상 차이를 측정하여 케이싱의 회전각속도 Ω와 두 빛의 위상 차이 Ω가 서로 비례하는 원리를 응용한 방식이다.

진동형 자이로는 내부의 진동체, 외부의 케이싱, 내부 진동체와 외부 케이싱을 연결하는 스프링(suspension), 및 스프링이 변형하면 변형된 크기에 비례하는 전기신호를 출력하는 기전(기계-전자) 에너지변환 요소로 구성되어 있다. 진동형자이로의 측정원리는 절대좌표계에서 하나의 방향(x)으로 진동하는 진동체가 이 방향에 수직인 축(y)을 회전중심으로 하여 Ω크기의 각속도로 회전하면, 이 진동체의 진동방향(x)에 수직인 방향(z)으로 진동체의 질량 m 과 케이싱의 회전각속도 Ω에 비례하는 코리올리 가속도 힘(corioli acceleration force) 이 작용하는데, 이 코리올리 힘에 의해 변형된 스프링 변위(displacement)를 감지하는 방식이다. 이러한 진동형 자이로센서는 기계식 가공기술, 또는 반도체 공정기술을 이용한 미세전자기계시스템(MEMS) 기술로 제조될 수 있다. 반도체 공정기술로 제조되면 센서의 크기가 작고, 제조원가가 저렴하며, 하나의 케이싱에 다축 자이로센서를 집적할 수 있는 장점이 있다.

가속도센서는 외부의 케이싱, 내부의 일정한 질량크기를 갖고 있는 강체, 외부 케이싱과 내부 질량을 연결하는 스프링(suspension), 및 스프링이 변형하면 변형된 크기에 비례하는 전기신호를 출력하는 기전(기계-전자) 에너지 변환요소로 구성되어 있다.

이러한 가속도 센서는 기계식으로 코일 내에 장치된 이동체가 가속에 의해 움직일 때 자장의 변화를 측정하는 서보 형이 사용될 수 있다. 가속도센서는 이러한 기계식 가속도센서 외에 실리콘 가속도센서도 사용될 수 있다. 실리콘 가속도 센서는 실리콘의 기계적 성질이 우수하고 기존에 확립된 반도체 집적회로 공정기술을 이용함으로써 신뢰성과 양산성이 우수하며, 소자의 소형화, 경량화 및 저가격화에 유리하다. 실리콘 가속도센서는 박막형성이 용이한 폴리실리콘을 표면 마이크로머시닝(surface micromachining)하여 만든 용량형(capacitive type)과 단결정 실리콘 위에 압저항소자를 기판 마이크로머시닝(bulk micromachining)으로 박막 가공하여 만든 압저항형(piezoresistive type)으로 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 이러한 실리콘 가속도센서는 구조에 따라 하나의 센서로 2차원 또는 3차원의 가속도를 감지할 수 있다.

방향센서는 지구자계를 감지하여 3축 절대 방위각을 측정하는 자계센서(magnetic sensor)이다. 적분을 통해 상대적인 각도 변화만 측정이 가능한 자이로센서의 기준 센서로 사용될 수 있다. 자계센서 중에서 상온에서 사용할 수 있는 것은 플럭스게이트(fluxgate) 센서이다. 플럭스게이트 센서는 고투자율 재료로 형성된 연자성 코어(core)에 감겨있는 여자코일(exciting coil)과 검출코일(pick-up coil)로 구성되어 있다. 기본검출원리는 연자성 코어의 비선형특성,

즉 포화특성을 이용한다. 여자코일(exciting coil)에 충분히 큰 교류전류를 공급하여 자계를 발생시키면, 코어 내부의 자속밀도는 주기적으로 포화한다. 이때 외부의 자계가 주어지면 코어내부의 자속밀도를 변화시키며, 검출코일(pick-up coil)은 이 자속의 변화량을 측정함으로서 외부자계의 세기를 측정하게 된다.

본 발명에 사용되는 자이로 센서, 가속도 센서 또는 방향 센서는 미세전자기계시스템(MEMS)으로 제조되어 소형화가 가능하다면 특별히 제한되지 않는다.

센서의 아날로그 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 상기 신호처리회로는 센서와 동일한 숫자의 입출력 채널을 갖고 있는 아날로그-디지털 변환소자와 센서와 동일한 숫자의 저주파 필터(low pass filter) 로 구성된다. 센서 출력 단에 멀티플렉서를 사용할 경우는 하나의 입출력 채널을 갖고 있는 아날로그-디지털 변환소자가 사용 될 수도 있다.

상기 표시 수단은 디스플레이수단, 화면으로 표시하는 화면표시수단, 소리를 출력하는 스피커 수단 및 빛을 출력하는 수단을 포함한다. 여기서 화면표시수단은 예를 들면 LED, LCD 또는 그래픽 LCD이고 상기 스피커 수단은 증폭회로와 스피커 또는 부저 소자를 포함한다. 빛을 출력하는 수단은 예를 들면 LED이다. 특히 표시수단이 화면 표시수단인 경우 어드레스 상태에서 센터라인을 표시할 수 있다. 퍼터헤드에 LED 램프를 장착하고 별도의 가늠자를 골프 스틱 등에 배치하여 LED 램프로부터 나오는 빛으로 눈과 퍼터헤드를 수직선으로 정렬하게 할 수 있다.

상기 센서 신호 데이터를 송수신하기 위한 통신수단의 일부로서 센서 신호 데이터를 송수신하기 위한 센서 측 통신수단으로, 예를 들면 RFid 칩 또는 블루투스 칩 또는 ZigBee 칩과 같은 근거리 무선통신 칩이 상기 센서모듈에 통합될 수 있다. 상기 센서 신호 데이터를 송수신하기 위한 통신수단의 일부로서 컴퓨터 측 데 이터 통신수단; 상기 컴퓨팅 수단; 및 상기 표시 수단은 하나의 진단모듈을 구성할 수 있다. 전원수단은 상기 센서모듈 및/또는 진단모듈에 통합될 수 있다.

상기 센서모듈과 상기 진단모듈은 분리형으로 제작되어, 센서모듈은 골프 클럽의 헤드 또는 샤프트 또는 그립 부분 또는 신체나 의복에 부착되고, 진단모듈은 다른 곳에 장착 될 수 있다. 또한 상기 센서모듈과 상기 진단모듈은 일체로 제작되어 클럽 헤드, 샤프트, 그립 부분 또는 신체에 장착될 수 있다. 클럽헤드에 상기의 센서모듈 또는 진단모듈이 장착될 때는 그래파이트 시트 또는 고무 시트와 같은 방진시트에 의하여 충격을 완화하는 것이 필요하고, 충격이 작은 퍼터에 장착되는 것이 바람직하다.

여기서 소프트웨어 루틴은, 기준이 되거나 또는 표준이 되는 정확한 골프 스윙 패턴의 선정에 따라 미리 설정된 알고리즘의 수행을 통해, 골프 스윙 시간 동안 센서의 출력 신호로부터 경기자의 실제 스윙 폼 정보를 산출한 후 표시수단으로 표현하기 위한 소프트웨어와 스윙 폼 정보 데이터베이스로부터 경기자가 원하는 정보를 추출해 표시하거나 비교하여 표시하는 소프트웨어를 포함한다.

상기 컴퓨팅수단은 상기 소프트웨어 루틴에 의하여 백 스윙, 다운 스윙과 팔로우 스윙으로 이루어지는 스윙 중의 하나 이상의 예정된 지점에서 클럽 헤드에 대하여 적어도 하나의 각속도 값, 필요하다면, 가속도 값, 필요하다면 방향 값, 필요하다면 이들의 적분 값을 얻고; 필요하다면 선택된 표준 스윙 패턴의 상응하는 값과 비교하고; 필요하다면 상기 백 스윙, 상기 다운 스윙 및/또는 상기 팔로우 스윙이 예정된 범위에 들어오는지 판단하고; 그 결과를 표시 수단에 표시한다.

상기 컴퓨팅 수단은 상기 자이로 센서 또는 상기 가속도 센서에 의하여 클럽 헤드의 정지상태, 회전 및/또는 직선 모션을 감지하여 미리 설정된 알고리즘에 따라 화면의 메뉴를 선택하거나 또는 다음 화면으로 넘기는 것을 포함하는 장치 제어를 수행할 수 있다.

골프 스윙동작을 3차원 좌표계(x-y-z)로 표현하면 백스윙(back swing) 시작점 즉 어드레스 완성 상태의 클럽헤드 중심이 원점이 되고, 볼과 목표를 연결하는 목표라인은 x축, 지면과 평행이며 x축에 수직방향은 z축, 지면과 수직이며 x축에 수직방향은 y축이다. 어드레스로부터 팔로우에 이르는 스윙 사이클 중의 3축에 대한 자이로 센서의 각속도 값과 3축에 대한 가속도 센서의 가속도 값을 좌표변환과 적분을 통하여 임의 순간의 클럽헤드의 위치( px, py, pz)를 구하고 그 궤적을 그릴 수 있다.

예를 들면, 다음 식은 센서 출력 값으로부터 임의 순간의 스윙궤적 px, py, pz를 구하는 식이다.

임의의 순간의 센서모듈의 가속도;

ax =

ay =

az =

임의의 순간의 센서모듈의 속도;

임의의 순간의 센서모듈의 위치;

임의의 순간의 센서모듈의 각도;

스윙궤도 p(x, y, z)와 상기 식들로부터 적어도 이론적인 관점에서 클럽헤드의 동작을 완벽하게 파악할 수 있다. 따라서 원론적으로는 본 장치의 사용자가 백스윙, 다운스윙, 팔로우 스윙시 플랫 스윙궤도와 얼마나 차이가 나는지 자신의 스윙동작을 진단할 수 있다.

그러나 상기 일반식의 경우보다 특정 평면이나 특정 축에 대한 센서 값만을 이용하는 것이 더 유용하다. 본 발명의 한 바람직한 실시양태로서 상기 컴퓨팅 수단은 스윙의 임팩트 지점의 근방에서 또는 스윙 사이클 중 하나 이상의 점에서 x-z평면(지표평면)의 적어도 하나의 각속도 값 Ωy 및/또는 x-y평면의 적어도 하나의 각속도 값 Ωz을 얻고 미리 정해진 값과 비교한다. 또는 표준 스윙 패턴으로부터 추출된 0 값을 기준으로 하는 2개 이상의 밴드 영역으로 분류하고 어디에 해당하는지를 판별하여 상기 표시 수단에 결과를 표시할 수 있다. 임팩트시 스위트 스팟에서 벗어날 때 임팩트 직후에 각속도의 급격한 변화가 있고 이를 감지하여 타격점을 계산하고 훼이스 면의 중심점으로부터 토우(toe) 또는 힐(heel) 방향으로 상기 표시 수단이 이를 나타낼수 있다. 필요한 경우에는 가속도 값 또는 방향각이 보조 데이터로 사용될 수 있다.

상기 컴퓨팅 수단은 x축 가속도 값 ax(t)의 피크 치로부터 임팩트의 세기를 계산하고 상기 임팩트 점의 상기 각속도 값 Ωy 또는 이의 적분 값 θy에 의하여 그린의 빠르기를 고려하여 공의 거리와 방향을 계산하고 상기 표시 수단이 이를 표시할 수 있다. 골프 그린의 빠르기는 예를 들면 "빠름", "느림", "보통"과 같이 몇 단계로 분류하거나 빠르기를 수치로 입력할 수 있다.

상기 컴퓨팅 수단은 가속도 값과 각속도 값으로부터 스윙 사이클의 궤적을 계산하여 표시 수단이 이를 표시하거나 기준 궤도 범위에 들어가는지를 판단하여 표시할 수 있다. 상기 스윙 사이클의 궤적은 바람직하게는 x-z평면 상의 궤적이다. 또한, 상기 컴퓨팅 수단은 백 스윙, 다운 스윙 및 팔로우 스윙으로 이루어지는 스윙 중의 하나 이상의 예정된 지점에서 하나 이상의 센서모듈의 각속도 값, 필요한 경우에는 가속도 값, 필요한 경우에는 방향각 또는 이들의 적분 값을 사용하여 센서모듈의 스윙궤적을 근사법으로 계산하여 표시 수단이 이를 나타내거나 기준 궤도 범위에 들어가는지를 판단하여 표시할 수 있다.

퍼터를 포함한 골프 스윙에서 기본적인 스윙의 요령은 정확한 "스퀘어 임팩트 (square impact)" 와 정확한 "플랫 스윙궤도(flat swing path)"를 유지하는 것이다. 여기서 정확한 "스퀘어 임팩트" 라고 하는 것은 임팩트 순간에 클럽페이스가 볼(ball)과 목표를 연결하는 목표라인과 직각을 이루며 지면에 대해서는 수평을 이룬다는 것이고, 정확한 "플랫 스윙궤도"를 유지한다는 것은 볼과 목표를 연결하는 목표라인의 연장선에 대하여 클럽페이스가 임팩트 전의 각도(앞으로 경우에 따라서 "입사각"이라 한다)로 입사하고, 임팩트 후의 각도 (앞으로 경우에 따라서 "반사각"이라 한다)가 동일함을 의미한다. 여기서 임팩트 후에 스윙궤도가 타겟라인을 침범하지 않을 때 정("플러스")의 값을 가지고 타겟라인을 지나칠 때는 부("마이너스")의 값을 가진다고 가정한다.

따라서 상기 "스퀘어 임팩트"와 "플랫 스윙궤도" 는 스윙 동작에 대한 x-z평면(지표평면) 성분 값을 기준으로 하는 것이고, x-y평면 즉 목표라인과 수직인 평면에서는 다른 기준이 적용된다. x-y평면에 대한 스윙궤적의 경우를 살펴보면, 물리분야에서 잘 알려진 바와 같이 동일한 초기속도로 타구가 멀리 가기 위해서는 목표라인과 45도 위쪽으로 기울어진 각도로 날아가는 것이다. 여기서 초기속도는 목표라인과 클럽페이스 면과의 각도와 클럽헤드 스피드에 의하여 결정된다. 또한 퍼터를 제외한 클럽(드라이버 또는 아이언)은 종류에 따라 또는 스윙 목적에 따라 목표라인과 클럽페이스가 임팩트 순간에 스퀘어가 되지 않도록 클럽페이스에 일부러 로프트(loft)를 준다. 스윙궤도도 마찬가지로 상기 지표평면과는 다른 기준이 적용된다. 즉 "플랫 스윙궤도"가 필요 없다. 잘 알려진 바와 같이 짧은 클럽은 다운스 윙(down swing) 즉 임팩트 전의 입사각이 약간 플러스이고, 팔로우 스윙(follow swing) 즉 임팩트 후의 반사각은 약간 마이너스이다. 이와 반대로 긴 클럽을 사용하는 드라이빙 샷은 다운 블로우(down blow) 즉 임팩트 전의 입사각이 약간 마이너스이고, 엎어 블로우(upper blow) 즉 임팩트 후의 반사각은 약간 플러스이다. 3축에 대하여 임팩트 전후의 입사각과 반사각을 구하여 플랫 스윙궤도가 근접하는지 임팩트 시의 방향각으로 스퀘어 임팩트가 되는지를 알 수 있다. 이러한 방향각은 각속도를 적분하든지 방향각 센서에 의하여 측정할 수 있다.

퍼터는 클럽페이스가 임팩트 순간에 스퀘어로 되고, 헤드의 스윙궤도가 플랫이 되고 임팩트 부근에서 지표평면(x-z평면)에서 각속도 값 즉 Ωy가 0에 근접하는 것이 바람직하다.

또한 골프 스윙에서 또한 중요도가 높은 평면 성분 값은 y-z평면의 스윙궤도 값으로 체격조건에 따라서 지표면에 대한 기울기만 다를 뿐 스윙을 단순화하기 위하여 스윙궤도가 동일한 직선상에 분포되는 것을 바람직한 것으로 간주한다. 따라서 백 스윙(back swing), 다운 스윙(down swing), 팔로우 스윙(follow swing) 이 직선상을 따라 움직일 수 있도록 임팩트 근방에서는 피크 값을 가지나 스윙궤도 전체적으로 x축 각속도 값 Ωx이 0에 근접하는 것이 바람직하다.

상기 표시 수단이 스피커 수단을 포함하는 경우 경기자가 일정한 속도로 스윙 동작을 연습할 수 있도록 여러 형태의 음을 특정한 간격으로 발하여 경기자에게 스윙 시간 동안 스윙 템포와 같은 스윙 정보를 소리로 알려줄 수 있다. 이러한 스윙템포 기능은 스윙크기가 다르더라도 백스윙 정점에서 임팩트 시점까지의 시간간 격이 항상 같은 간격이 되도록 연습하는데 매우 유용하게 활용될 수 있다. 또한 상기 스피커가 기준 스윙 패턴에 따라 일련의 음을 발하도록 하여 바람직한 스윙 템포를 모방하도록 할 수 있다.

상기 가속도센서는 임팩트 시의 출력신호로부터 임팩트 시점을 판별하는 데 유용하게 사용될 수 있고, 볼과 클럽훼이스가 충돌할 때 클럽헤드의 속도 값을 산출하여 스윙의 크기에 따른 클럽헤드의 다운스윙 스피드 또는 타구의 강약을 판별할 수 있다. 클럽헤드의 다운스윙 스피드는 3축방향의 가속도센서에서 출력되는 가속도 값을 적분함으로써 구할 수 있다. 다운스윙 스피드 또는 타구의 강약은 특히 정확한 퍼팅 거리를 예측하는데 유용하게 사용된다.

상기 3축방향의 자이로센서 출력신호와 3축방향의 가속도센서 출력신호의 좌표연산과 적분을 통해 x-z평면상의 스윙궤도 p(x,z) 과 x-y평면상의 스윙궤도 p(x,y) 을 계산하여 LCD 화면에 각각 표시 할 수 있다. LCD 화면에 나타난 사용자의 스윙궤도와 본 장치에 입력되어 있던 기준 스윙궤도를 비교하면 자신의 스윙 동작을 진단할 수 있다. 바람직한 스윙 동작을 산출하기 위해서는 x-z평면(지표면)에서의 방향 값이 또한 중요한데, 이때 방향센서를 추가할 수 있다.

상기 센서모듈측 통신수단은 유선 또는 무선칩, 예를들면 RFid 칩 또는 블루투스 칩 또는 ZigBee 칩이다. 이러한 칩들은 소형화 저가격화가 이루어지고 있다. 예를 들면 블루투스 칩은 트랜시버, 베이스 밴드, 플래쉬롬을 원칩화하여 소형화하고 있다. 상기 전원수단은 예를 들면 카드뮴 배터리와 같은 소형 배터리가 될 수 있다. 이러한 센서모듈은 미세전자기계기술과 반도체회로집적기술에 의하여 부피가 1cc 정도까지의 소형화가 가능하다.

상기 센서신호 데이터를 수신하기 위한 데이터 통신수단; 상기 컴퓨팅 수단; 및 상기 표시 수단은 진단모듈을 구성하고 별도의 조립체로 제조될 수 있다. 이러한 진단모듈은 별도의 조립체로 드라이버 레인지 박스 전면에 설치되거나 아주 단순화하고 소형화하여 그립에 배치하거나 퍼터의 경우 클럽헤드에 장착할 수 있다. 특히 퍼터의 클럽헤드에 장착하는 경우는 손쉽게 결과를 확인할 수 있다.

필요한 경우에 소프트웨어 루틴에 보정 또는 초기값을 주기 위하여, 어드레스 상태에서 진단모듈에 장착된 스위치 수단으로 초기화를 실행할 수도 있고, 또는 스윙 동작 정보에 따라 어드레스 상태를 역 추정하여 그것을 기준으로 스윙 스타트 시점을 산출하고 그 시점에서 하나의 알고리즘에 의해 초기화를 실행할 수도 있다. 알고리즘에 의해 초기화를 하는 방법은 센서모듈와 진단모듈에 전원이 들어가면 자이로센서 및 가속도센서의 아날로그 신호는 디지털 신호로 변환되고 마이크로컴퓨터로 입력된다. 입력된 디지털 신호 중에서 특정한 센서 값이 각각 기준전압의 일정한 허용범위 내에 들어오는지 체크하고, 만약 허용 범위 내에 들어오면 스윙 스타트 직전의 정지상태로 인정한다. 이때 다른 특정한 센서로부터 순차적으로 또는 병행하여 산출하였던 일정한 개수의 데이터 이동평균 (running average) 값을 초기값으로 결정한다. 만약 허용 범위를 넘는 데이터가 들어오면 기존데이터는 무시하고 다시 일정한 개수의 샘플을 연속해서 받아 이동평균 (running average) 값을 구하는 과정을 반복한다.

자이로센서의 드리프트(drift) 문제는 하나의 스윙주기가 2초 내외이므로 초 기 어드레스 순간의 짧은 시간간격(Ωt) 동안 3축 자이로센서의 데이터 평균값을 구하여 해결하였다. 가속도센서의 offset 설정도 자이로센서와 유사한 방법으로 해결할 수 있다. 스윙동작 초기의 시작점은 센서 신호 값이 가장 큰 x축 가속도센서 값이 offset값을 넘어가는 순간을 선택하며, 동시에 y축 자이로센서 값이 offset 값을 넘어갈 때와 비교하여 최종 결정할 수 있다. 백스윙과 다운스윙의 반전 시점과 임팩트 순간은 센서 신호 값의 변화 및 변화율로서 결정할 수 있다.

또한 본 발명에 의하여, 클럽 헤드에 장착된 하나 이상의 가속도센서를 포함하는 센서 모듈; 상기 상기 골프클럽 헤드가 어드레스 상태에서 센서모듈에서 수신된 중력 데이터 값에 의하여 지면의 경사값을 계산하는 컴퓨팅 수단: 상기 경사값을 표시하는 표시 수단으로 이루어지는 경사각 측정 기능이 있는 콜프용 클럽이 제공된다. 이러한 경사값의 계산은 x축과 z축의 지표면에 대한 기울기로 가속도 값 ax=gsinΩx, ay=gsinΩy에서 Ωx와 Ωy를 구하여 얻을 수 있다. 상기 골프용 지면 경사각 측정기능은 바람직하게는 본 발명의 골프 스윙 진단장치에 통합된다. 이러한 경사측정기능에 의하여 그린의 경사각이나 티업박스를 포함한 필드의 경사를 정확히 인지할 수 있다. 상기 콜프용 지면 경사각 측정기능은 바람직하게는 본 발명의 골프 스윙 진단장치에 통합된다. 상기 골프용 지면 경사각 측정장치는 일체형으로 제조되어 골프클럽 헤드에 장착될 수 있다.

이하 도면에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이러한 설명은 본 발명을 예시할 뿐 본 발명의 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 도 1은 본 발명에 따른 평면형 센서모듈(10)을 예시한다. 지면 상에서 볼과 목표를 잇 는 타겟라인 방향의 축을 x축이라고 하고, 지면 상에서 x축에 수직인 축을 z축이라고 하고, 지면에 수직인 축을 y축으로 정한다. 각 축(x, y, z축)에 대한 자이로센서(11a, 11b, 11c)와 각 축에 대한 가속도센서(12a, 12b, 12c)가 회로기판(18)상에 탑재되고 센서정보는 근거리 무선칩 즉, ZigBee 칩(15)에 의하여 진단모듈로 송신된다. 이러한 센서는 필요에 따라 그 개수만큼 배치하거나 또는 다른 센서 즉 방향센서를 추가하거나 대체할 수 있다. 도 2는 본 발명에 따른 삽입형 센서모듈(10')로서 입체형 회로기판(18')에 x축, y축 자이로센서(11a, 11b)와 x축 가속도센서(12a)가 탑재되고 여분의 공간에 ZigBee 칩(15)과 배터리(14)가 장착된다.

도 2, 도 3, 도 4와 도 5는 본 발명의 한 실시양태로서 센서모듈과 진단모듈 별도형의 경우이다. 센서모듈(10')이 골프클럽 헤드에 장착되고, 독립된 통신수단과 마이크로컴퓨터(31)와 평판 디스플레이(45, 46) 및 스피커(43)로 이루어진 진단모듈이 별도의 조립체(30)로 되어 있는 것을 보여 준다. 각각의 x, y축에 대한 자이로센서(11a, 11b)의 각속도 정보와 x축에 대한 가속도센서(12a)정보는 RF스위치(17)를 거쳐 ZigBee 칩(15)과 안테나(15')와 진단모듈(30)측의 안테나(35')를 경유하여 센서신호수신부(35)에 수신된다. 수신된 센서 정보는 마이크로컴퓨터(31)에 전달되고 마이크로컴퓨터의 일부인 메모리(32)에 저장된 알고리즘에 의해 산출된 스윙 정보를 사전에 메모리에 저장한 기준 값과 비교하여 평판 디스플레이(45, 46)에 또는 스피커(43)로 나타난다.

도 6은 본 발명의 한 실시양태로서 센서모듈(10)과 진단모듈(30)이 일체화되 어 퍼터 헤드에 장착된 경우를 도시하고 도 7은 상기 실시양태의 블록도이다. 센서모듈(10)과 진단모듈(30)은 복층을 구성하고 진단모듈의 표시 수단인 LCD(42)은 상층에 위치하고 보호층(42')으로 덮혀 있다. LCD 구동부를 포함하는 마이크로컴퓨터(31)는 LCD 측면에 위치한다. x, y 각각의 축에 대한 자이로센서(11a, 11b)의 각속도정보와 x축에 대한 가속도센서(12a) 정보는 마이크로컴퓨터(31)에 전달되고 마이크로컴퓨터의 일부인 롬에 저장된 알고리즘에 의해 클럽헤드의 스윙궤적, 임팩트 전후 클럽훼이스 각도변화 정보 및 클럽헤드 속도 정보, 스윙크기에 따른 다운스윙 스피드 같은 스윙 동작 정보를 산출하고, 사용자가 원하는 정보를 기준 패턴 값과 비교하여 LCD(42)에 표시한다.

도 8은 본 발명의 한 실시양태로서 센서모듈이 클럽 헤드에 장착되고 진단모듈이 그립 상부에 고정된 경우를 보여준다. 블록다이아그람은 도 7을 참조한다. 센서모듈(10)은 퍼터 헤드에 장착되고 진단모듈(30)은 그립 내에 삽입되고 진단모듈 측 표시 수단 LCD(42)는 그립 상단부로 노출된다. x, y 각각의 축에 대한 자이로센서(11a, 11b)의 각속도정보와 x 축에 대한 가속도센서(12a) 정보는 마이크로컴퓨터(31)에 전달되고 마이크로컴퓨터의 일부인 롬에 저장된 알고리즘에 의해 산출된 스윙 동작 정보를 산출하고 기준 패턴 값과 비교하여 진단 값을 LCD(42)에 표시한다. 상기 센서모듈은 클럽 샤프트의 통공을 통하여 그립 내의 진단모듈에 유선에 의하여 연결되고 배터리는 그립 부위에 삽입된다.

도 9 내지 12는 본 발명에서 소프트웨어 루틴으로 진단 알고리즘이 적용되는 근거를 보여 주고 있다. 도 9는 스윙 또는 퍼팅을 할 때 어드레스부터 백스윙하여 정점에 이르고 다운스윙을 시작하여 어드레스 지점에 있는 볼을 타격(임팩트)하고 팔로우 스윙 되는 전체 스윙 동작의 한 주기가 완성되는 시간표를 보여준다. 특히 중요한 구간은 볼이 위치하는 인근 지점에서의 스윙궤도이다. 도 10은 상기 도 9의 시간표에 따라 x-z평면 (지표면)에서 자이로 11b의 각속도 값 Ωy의 변화진폭을 개괄적으로 보여준다. 골프 클럽에 따라 중요구간에서 기준값을 설정하고 실제 스윙 정보와 비교한다. 퍼터를 제외한 아이언이나 드라이버에 잘 들어맞는다. 일반적으로 0에 근접하는 곡선이 바람직하다. 각속도 값 Ωy으로 스윙을 평가한다. 예를 들면, 퍼터를 제외한 클럽에서 임팩트 지점에서

+1〉 Ωy(t) 〉0 이면 "합격",

+2〉 Ωy(t) 〉+1이면 "근접",

Ωy(t) 〉+2이면 "초과".

상기 기준값은 예를 들어 설명한 것으로 바람직한 스윙 패턴을 분석하여 얻어진 값으로 대체할 수 있다. "합격", "근접", "초과" 등의 표시는 실제 값의 숫자 예를 들면 도4처럼 거리(야드나 미터)(46)로 표시할 수 있다. 다른 상징적 표시 예를 들면 도4의 45처럼 스윙궤적으로 디스플레이 할 수 있다. 이것은 하기의 경우에 모두 적용된다.

도 11은 도 9의 시간표에 따라 퍼터를 사용하는 경우에 x-z평면 (지표면)에서 자이로11b의 각속도 값 Ωy의 변화진폭을 개괄적으로 보여준다. 일반적으로 0에 근접하는 곡선이 바람직하다. 중요구간에서 기준값을 설정하고 실제 스윙 정보와 비교한다. 예를 들면, 최대 진폭 값으로

백 스윙으로 -0.1〉Ωy(t) 〉0,1 이면 "합격",

-0.1〉Ωy(t)〉-0.3 or 0.3〉Ωy(t) 〉0.1 이면 "근접",

Ωy(t) 〉+0.3 or Ωy(t) <-0.3, 이면 "초과".

다운 스윙으로

-0.1〉Ωy(t) 〉0,1 이면 "합격",

-0.1〉Ωy(t)〉-0.3 or 0.3〉Ωy(t) 〉0.1 이면 "근접",

Ωy(t) 〉+0.3 or Ωy(t) <-0.3, 이면 "초과".

팔로우 스윙으로

0.1〉Ωy(t) 〉0,1 이면 "합격",

-0.1〉Ωy(t)〉-0.3 or 0.3〉Ωy(t) 〉0.1 이면 "근접",

Ωy(t) 〉+0.3 or Ωy(t) <-0.3, 이면 "초과"

도 12는 상기 9의 시간표에 따라 목표라인 즉 x축에서 선가속도 값 ax 을 측정하여 임팩트 순간의 충격강도를 판단할 수 있다. 퍼터에서 임팩트 순간의 충격강도와 비거리를 그린 조건 예를 들면 "빠른 그린" 또는 "보통그린" 또는 "느린 그린" 조건에 따라 산출한 룩업테이블 (lookup table)을 저장해 놓으면 좁은 공간에서도 짧은 거리에서 먼 거리까지의 퍼팅 연습이 가능하다.

도 13은 하나의 퍼터의 스윙동작에 대해 스타트 시점부터 임팩트 및 정지순 간까지의 x, y, z축 자이로센서 출력 값 Ωx, Ωy, Ωz와 x, y, z축 가속도센서 출력 값 ax, ay, az로부터 좌표변환과 적분을 통해 구한 x-z평면에서의 스윙궤도p(x, z)를 표시한 것이고, 이러한 스윙궤도는 직선을 그리는 것이 가장 바람직하다. 도14는 x-y평면에서의 스윙궤도 p(x, y)를 표시한 그림이다. 헤드의 시계추 운동이 제대로 일어나는지 판단할 수 있다. 기준 궤도 범위를 표시하여 스윙궤도를 비교할 수 있다.

도 15는 2축 가속도 센서를 이용하여 어드레스 상태에서 헤드의 기울기를 동심원 맵 상에 점으로 표시함으로써 지면의 경사방향과 경사도를 나타내는 화면을 표시하고 있다.

본 발명에 의하여 실제 상황 또는 이와 유사한 환경에서 골프 스윙을 실시할 수 있고 그 스윙 동작을 즉각적으로 분석하고 진단할 수 있는 장치가 제공된다. 특히 드라이버 샷, 아이언 샷, 퍼팅에서 볼의 진행 방향과 거리의 정확성이 크게 향상될 수 있다.

Claims (21)

1. 자이로센서 적어도 1개, 필요한 경우 가속도 센서 적어도 1개, 필요한 경우 방향센서 적어도 1개, 상기 센서의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호처리 회로 및 전원수단으로 이루어지고 인체, 의복 또는 골프 채에 부착되거나 삽입된 1개 이상의 센서모듈; 상기 센서모듈의 센서 신호 데이터를 송수신하기 위한 통신수단; 상기 센서모듈에서 수신된 데이터를 소프트웨어 루틴에 의하여 가공하여 기준점에서부터의 인체 또는 채의 스윙 동작 정보를 산출하고 기준 패턴과 차이점을 계산하는 컴퓨팅 수단; 및 상기 산출된 스윙 동작 정보 또는 상기 기준 패턴과의 차이점을 나타내는 표시 수단으로 이루어지는 골프 스윙 진단장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 표시 수단이 화면표시수단, 스피커수단 및/또는 발광수단인 스윙 진단장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 센서 신호 데이터를 송수신하기 위한 통신수단의 일부로서 센서 신호 데이터를 송신하기 위한 센서 측 통신수단이 통합된 상기 센서모듈; 과 상기 센서 신호 데이터를 수신하기 위한 통신수단의 일부로서 컴퓨터 측 데이터 통신수단, 상기 컴퓨팅 수단, 및 상기 표시 수단으로 이루어진 진단모듈로 된 골프 스윙 진단장치
4. 제3항에 있어서, 상기 센서모듈이 골프채 헤드에 부착되거나 삽입되고, 상기 진단모듈이 그립 부분에 장착된 골프 스윙 진단장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 통신수단은 클럽 샤프트의 통공을 통하여 연결된 유선이고 상기 진단모듈의 상기 컴퓨팅 수단은 A/D컨버터, 연산을 위한 DSP 칩, 기준 패턴 값을 포함하는 소프트웨어 루틴이 저장된 기억장치와 입출력장치로 이루어지고, 상기 표시 수단은 LED, LCD 또는 부저인 골프 스윙 진단장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 센서모듈과 상기 진단모듈이 일체로 제조되어 클럽 헤드에 장착된 골프 스윙 진단장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 클럽이 퍼터인 골프 스윙 진단장치.
8. 제3항에 있어서, 상기 센서모듈이 인체, 의복 또는 골프채 헤드에 부착되거나 삽입되고, 상기 진단모듈이 별도의 조립체로 제조된 골프 스윙 진단장치.
9. 제2항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 컴퓨팅 수단은 백 스윙, 다운 스윙 및/또는 팔로우 스윙으로 이루어지는 스윙 중의 하나 이상의 예정된 지점에서 하나 이상의 센서모듈의 각속도 값, 필요한 경우에는 가속도 값, 필요한 경우에는 방향각 또는 이들의 적분 값을 얻고 상기 값을 기준 패턴과 비교하여 기준 범위에 들어가는지 초과하는지 또는 미달하는지 판별하고, 그 결과들을 상기 표시수단에 나타내는 골프 스윙 진단장치.
10. 클럽 헤드에 장착된 하나 이상의 가속도센서를 포함하는 센서 모듈; 상기 골프클럽 헤드가 어드레스 상태에서 센서모듈에서 수신된 중력 데이터 값에 의하여 지면의 경사값을 계산하는 컴퓨팅 수단: 상기 경사값을 나타내는 표시 수단으로 이루어지는 경사각 측정 기능이 있는 골프 스윙 진단장치.
11. 제9항에 있어서, 상기 센서모듈은 하나 이상의 가속도 센서를 가지고 상기 컴퓨팅 수단은 상기 골프클럽 헤드가 어드레스 상태에서 센서모듈로 부터 수신된 중력 데이터 값에 의하여 지면의 경사값을 계산하고 상기 표시 수단은 동심원 맵 상에 점으로 경사각을 표시하는 골프 스윙 진단장치.
12. 제9항에 있어서, 상기 골프클럽은 퍼터이고 상기 컴퓨팅 수단은 스윙 사이클 중 하나 이상의 점에서 x-z평면의 각속도 값 Ωy을 얻고 이를 기준 값과 비교하는 것을 포함하는 골프 스윙 진단장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 골프클럽은 퍼터이고 상기 컴퓨팅 수단은 스윙 사이클 중 하나 이상의 점에서 x-z평면의 각속도 값 Ωy을 얻고 표준 스윙 패턴으로부터 추출된 0 값을 기준으로 하는 2개 이상의 밴드 영역에 해당하는지를 판별하여 상기 표시 수단에 표시하는 골프 스윙 진단장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 컴퓨팅 수단은 x축 가속도 값 ax(t)의 피크 치로부터 임팩트의 세기를 계산하고 상기 임팩트 점의 상기 각속도 값 Ωy 또는 이의 적분 값 Ωy에 의하여 그린의 빠르기를 고려하여 공의 거리와 방향을 계산하고 상기 표시 수단이 이를 표시하는 골프 스윙 진단장치.
15. 제9항에 있어서, 상기 골프클럽은 퍼터이고 상기 컴퓨팅 수단은 스윙 사이클의 궤적을 계산하여 표시 수단이 이를 표시하거나 기준 궤도 범위에 들어가는지를 판단하여 표시하는 골프 스윙 진단장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 컴퓨팅 수단은 백 스윙, 다운 스윙 및 팔로우 스윙으로 이루어지는 스윙 중의 하나 이상의 예정된 지점에서 하나 이상의 센서모듈의 각속도 값, 필요한 경우에는 가속도 값, 필요한 경우에는 방향각 또는 이들의 적분 값을 사용하여 센서모듈의 스윙궤적을 계산하여 표시 수단이 이를 나타내거나 기준 궤도 범위에 들어가는지를 판단하여 표시하는 골프 스윙 진단장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 스윙 사이클의 궤적이 x-z평면 상의 궤적인 골프 스윙 진단장치.
18. 제9항에 있어서, 상기 표시 수단이 스피커 수단을 포함하고 상기 스피커가 기준 스윙 패턴에 따라 일련의 음을 발하는 골프 스윙 진단장치.
19. 제9에 있어서, 상기 센서모듈의 정지자세, 회전 모션 또는 직선 모션과 같은 특정의 신호패턴으로 전원공급 여부, 메뉴를 선택하거나 또는 다음 화면으로 화면을 이동시키거나, 절전모드로의 변경을 포함하는 모드 선택을 제어하는 골프 스윙 진단장치
20. 제9항에 있어서, 상기 컴퓨팅 수단은 임팩트 직후의 하나 이상의 센서모듈의 각속도 값, 필요한 경우에는 가속도 값, 필요한 경우에는 방향각을 사용하여 센서모듈의 y축에 대한 회전방향과 회전크기를 구한 후 볼의 충돌 위치를 클럽헤드 훼이스 면의 중심점으로부터 토우(toe) 또는 힐(heel) 방향으로 상기 표시 수단이 나타내는 골프 스윙 진단장치.
21. 제9항에 있어서, 상기 표시 수단의 LED 램프로부터 나오는 빛으로 눈과 퍼터헤드를 수직선으로 정렬하게 하는 골프 스윙 진단장치

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