KR20100037794A - 센서를 구비한 스타팅블럭 및 그 스타팅블럭에 의한 출발시간 감지 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단거리 육상에서 출발 전 선수들의 발밑을 지지하는 스타팅블럭에 대한 것이다. 스타팅블럭에 힘이 작용하는 부분에 스트레인게이지를 장착하여 육상선수가 출발할 때의 순간에 힘을 측정하여 출발시간을 정확하게 측정할 수 있는 장치에 대한 것이다. 보다 자세하게는, 발이 닿는 부분에 노말 센서를 구비한 발판;과 발판의 일 측면을 결합시키는 제 1결합 수단과 고정부과 결합되는 제 2결합수단을 포함하고 수평 센서를 구비한 연결부;및 연결부의 제 2결합수단과 결합되는 고정부와 지면과 수평으로 놓이도록 결합할 수 있는 고정수단을 구비한 지지대;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스타팅 블록에 대한 것이다.
디딤판, 연결부, 노말센서, 수평센서, 스트레인게이지, 휘스톤브리지

Description

센서를 구비한 스타팅블럭 및 그 스타팅블럭에 의한 출발시간 감지 방법{Starting Block with Sensor and Measuring Method of Starting Time}
본 발명은 단거리 육상에서 출발 전 선수들의 발밑을 지지하는 스타팅블럭에 대한 발명이다. 보다 자세하게는 스타팅블럭에 힘이 작용하는 부분에 스트레인게이지를 장착하여 육상선수가 출발할 때 순간의 힘을 측정하여 출발시간을 정확하게 측정할 수 있는 발명에 대한 것이다.
현재의 단거리 육상경기에서 초기 출발부분의 중요성이 대두되고 있다. 현재의 스타팅블럭의 경우 육상선수가 출발을 준비하기 위해 발밑을 지지하는 역할을 하고 출발하여 최고 속도를 빠른시간에 도달할 수 있게 한다. 이러한 스타팅블럭의 경우 발밑이 닿는 디딤판과 디딤판의 길이 방향과 지면과의 각도를 조절할 수 있는 각도 조절수단으로 구성되어 있다.
이러한 각도 조절이 가능하게 함으로써 선수 개인마다 출발속도를 빠르게 할 수 있는 각도를 조절할 수 있도록 한다. 이러한 구조의 스타팅 블록의 경우 육상선수가 출발하기 전에는 디딤판에 힘이 가해지지 않는다. 그러나 출발을 하게 되면 발로 디딤판을 밀게 되고, 디딤판을 미는 힘은 디딤판의 길이 방향과 수직으로 작 용하게 된다. 또한, 발판을 지지대에 고정시키는 연결부에도 힘이 가해지게 된다. 이러한 연결부에 가해지는 힘은 지면과 수평 방향으로 작용하게 된다.
현재 단거리 육상에서는 출발속도가 기록을 좌우하고 있다. 또한 누가 먼저 출발하느냐가 기록에 큰 영향을 끼치고 있다. 출발시간에 대한 규칙은 출발 총소리가 나고 0.1초 이후에 출발하여야 한다. 출발시간이 기록에 엄청난 영향을 끼침에도 불구하고 현재 부정출발 판독은 육안으로 판독하거나 카메라에 의해 판독하게 된다. 육안판독의 경우 기록에 중요한 영향을 미침에도 정확한 판독을 할 수가 없다. 카메라 판독의 경우도 육안보다는 정확하지만 언제 디딤판에 힘이 가해졌는지 카메라로 판정하는 것은 정확하지 못한 부분이 있고 카메라 판독은 판독을 위해 많은 시간이 소비된다는 문제가 있다.
따라서, 스타팅블럭에 가해지는 힘들을 분석하여 육안이나 카메라 판독이 아닌 빠르고 정확하게 출발시간을 측정할 수 있는 방법과 출발시간을 빨리하기 위한 훈련에 사용될 수 있는 스타팅블럭의 개발이 요구되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 스타팅블럭에 힘이 작용하여 변형되는 부분에 센서를 설치하여 힘을 측정함으로써 선수들의 출발시간을 정확히 측정할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
구체적으로 스타팅블럭 발판의 디딤판에 노말센서를 설치하여 디딤판과 수직방향으로 작용하는 힘과 연결부의 일 측면 중앙에 수평센서를 설치하여 수평방향으로 작용하는 힘을 측정 가능하게 한다. 따라서 출발할 때 힘이 일시적으로 작용되는 시간을 알아내어 선수가 부정출발을 한 것인지를 정확하게 알 수 있게 된다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 노말 센서를 구비한 발판;과 발판의 일 측면을 결합시키는 결합 수단을 구비하고 수평 센서를 포함한 연결부; 연결부와 결합되는 고정부와 지면과 수평으로 놓이도록 결합할 수 있는 고정수단을 구비한 지지대;및 노말센서 및 수평센서에서 전송된 신호를 처리하는 신호처리수단;을 포함하여 출발시간을 감지하는 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅 블록으로 달성되어 질 수 있다.
발판은 사람의 오른쪽 발이 위치하게 되는 제 1발판 및 왼쪽 발이 위치하는 제 2발판으로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
고정부는 요입홈이 일정한 간격을 두고 구비되어 있으며, 연결부에는 돌출부를 구비하고 있어 돌출부가 임의의 상기 고정부 위치에 끼워져 상기 연결부가 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
발판은, 하단에 결합부를 구비하는 디딤판;및 결합부와 결합되며 디딤판과 지면과의 각도를 조절할 수 있는 조절 수단;을 포함하고 상기 노말 센서는 디딤판에 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.
디딤판에는 구멍이 형성되어 있고, 조절수단은 서로 다른 복수의 요홈을 구비하여 구멍과 요홈에 핀이 끼워짐으로써 각도를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
결합수단은 상기 연결부의 상단에 구비되며, 돌출부는 연결부의 하단에 구비되며, 결합수단은 나사산을 형성하고 수나사에 의해 조절 수단의 일 측면에 연결부가 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
노말 센서와 수평 센서는 스트레인 게이지로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
스트레인 게이지는 압축 스트레인 게이지 또는 인장 스트레인 게이지인 것을 특징으로 할 수 있다.
노말센서(400)에는 스트레인 게이지 8개가 구비되며, 8개의 스트레인게이지는, 상부 자리면에 설치된 제 1, 2, 3 및 4 압축 스트레인 게이지와 하부 자리면에 설치된 제 1, 2, 3 및 4 인장 스트레인 게이지로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
압축 스트레인게이지는 상부 자리면의 모서리 부분에 위치하며, 인장 스트레인게이지는 하부 자리면의 모서리 부분에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
수평 센서의 스트레인 게이지는 상기 연결부에 4개가 구비되며, 4개의 스트레인게이지는, 연결부의 일면에 설치된 제 1 인장 스트레인게이지 및 제 1 압축 스트레인게이지와 연결부의 타면에 설치된 제 2 인장 스트레인게이지 및 제 2 압축 스트레인게이지로 구성되어 있으며, 연결부에 수평으로 가해지는 힘에 의해 인장되는 부분에 인장 스트레인게이지 설치되고, 수평으로 가해지는 힘에 의해 압축되는 부분에 압축 스트레인게이지가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
스트레인 게이지는 휘스톤브리지회로 형태로 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.
노말센서의 휘스톤브리지회로는, 제 1압축 스트레인게이지와 제 2압축 스트레인게이지, 제 3압축 스트레인게이지와 제 4압축 스트레인게이지, 제 1인장 스트레인게이지와 제 2인장 스트레인게이지 및 제 3인장 스트레인게이지와 제 4인장 스트레인게이지가 각각 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
노말센서의 휘스톤브리지회로는, 제 1압축 스트레인게이지와 제 2압축 스트레인게이지가 제 3압축 스트레인게이지와 제 4압축 스트레인게이지와 마주되게 연결되고, 제 1인장 스트레인게이지와 제 2인장 스트레인게이지가 제 3인장 스트레인게이지와 제 4인장 스트레인게이지와 마주되게 연결되는 것을 특징으로 할 수 있 다.
연결부에 구비된 상기 수평센서의 상기 휘스톤브리지회로는, 제 1압축 스트레인게이지와 제 2 압축 스트레인게이지가 마주되게 연결되고, 제 1 인장 스트레인게이지와 제 2 인장 스트레인게이지가 마주되게 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
휘스톤브리지회로의 마주보는 두 접전은 입력단을 구성하고, 나머지 두 접전은 출력단을 구성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
입력단에는 전원공급장치가 더 연결되고, 출력단에는 출력전압을 측정하는 검류계가 더 연결된 것을 특징으로 하는 할 수 있다.
신호처리수단은, 검류계와 연결되는 증폭기; 증폭기와 연결수단에 의해 연결되고 출력전압을 디스플레이하는 디스플레이부; 디스플레이부를 분석하여 출발시간을 감지하는 분석장치;를 포함하는 것을 특징으로하는 할 수 있다.
연결수단은 유선 또는 무선인 것을 특징으로 할 수 있다.
무선의 경우, 적외선, 블루투스, RFID, 무선랜 또는 무선 CDMA인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 목적은 또 다른 카테고리로서, 제 20항의 스타팅블럭의 디딤판과 연결부가 변형되는 단계; 디딤판에 설치된 노말센서의 스트레인게이지가 변형되어 노말센서 휘스톤브리지회로의 저항이 변화하는 단계; 스타팅블럭의 연결부에 구비된 수평센서의 스트레인게이지가 변형되어 수평센서 휘스톤브리지회로의 저항이 변화하는 단계; 검류계에 의해 휘스톤브리지회로의 출력전압을 검출하는 단계; 및 신 호처리수단에 의해 출력전압의 변화를 분석해 출발시간을 감지하는 단계;를 포함하는 스타팅블럭에 의한 출발시간 감지 방법으로 달성되어 질 수 있다.
또한, 출발시간을 감지하는 단계는, 증폭기에 의해 출력전압을 증폭시키는 단계; 디스플레이부에 의해 증폭된 출력전압을 디스플레이하는 단계;및 분석장치에 의해 디스플레이된 출력전압을 분석하여 출발시간을 감지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 센서를 스타팅블럭에 구비함으로써 육상선수의 정확한 출발시간을 알 수 있게 해준다.
따라서, 현재의 육안 판독과는 다르게 오심없이 정확하게 선수들의 출발시간을 알 수 있어 공정한 시합을 할 수 있는 효과를 가진다. 본 발명은 디딤판(130)을 미는 힘 뿐만 아니라, 연결부(200)에 가해지는 지면과 수평방향의 힘을 같이 측정함으로써 오차없이 정확한 출발시간을 알게 해준다.
또한, 정확한 출발시간을 알게 되는 것은 선수들의 출발시간 단축을 위한 훈련을 가능하게 해준다. 즉, 출발시간은 출발신호 후에 선수들의 반응이 얼만큼 빠른지를 나타내는 것이다. 자신이 현재 출발신호에 얼만큼 빠르게 반응할 수 있는 지를 알 수 있게 함으로써 반응시간을 단축시킬 수 있도록 훈련할 수 있다.
이러한 스트레인게이지를 부착하는 것은 저렴한 가격으로 제작할 수 있고, 국제대회 및 국내 육상대회에 이용될 수 있을 뿐 아니라 개인이 소지하면서 기록단축을 꾀할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위 내에 속함은 자명하다.
(스타팅블럭의 구성)
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 스트레인게이지를 가지는 스타팅블럭의 구성에 대해 설명하도록 한다. 우선, 도 1은 스트레인게이지를 가지는 스타팅블럭의 사시도를 도시한 것이다. 스타팅블럭은 육상선수가 출발 전에 발을 놓게 되는 발판(100)과 발판(100)을 지지대(300)와 연결시키는 연결부(200) 그리고 지면에 고정되는 지지대(300)로 구성되어 있다.
도 2는 스타팅블럭의 발판(100) 부분을 나타낸 사시도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 육상선수의 발이 놓이는 부분에 디딤판(130)과 디딤판(130)의 길이 방향과 지면의 수평방향과의 각도를 조절할 수 있는 조절수단(150)으로 이루어져 있다. 디딤판(130)에서 선수의 발이 닿는 면은 고무로 되어 있어 미끄러짐을 방지할 수 있게 구성되어 있다. 지면의 수평방향과의 각도(θ)를 조절하는 조절수단(150)은 도 2에 도시된 바와 같이, 높이가 다른 요홈(160)이 형성되어 있고, 디딤판(130) 일 측에 구멍이 형성되어 구멍에 핀(140)을 넣어 조절수단(150)의 요홈(160)에 끼워짐으로써 각도(θ)를 조절할 수 있다.
디딤판(130)에 발이 놓이는 면의 중앙부에 노말센서(400) 일명 수직센서를 구비하게 된다. 이러한 노말센서(400)는 스트레인게이지(410)로 구성된다. 따라서 육상선수가 출발을 할 때 디딤판(130)을 미는 힘을 측정할 수 있게 한다. 선수가 디딤판(130)을 밀어 노말센서(400)의 스트레인게이지(410) 저항을 변화시키게 된다. 스트레인게이지(410)는 휘스톤브리지회로(610)의 형상으로 배치되며 스트레인게이지(410)의 저항이 바뀌면서 출력전압이 바뀌게 된다.
도 3은 발판(100)과 연결부(200) 및 나사(231)의 분해도를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 발판(100)의 조절수단(150) 일면에 연결부(200)가 결합되게 된다. 연결부(200)는 제 1연결부(210)와 제 2연결부(220)가 있으며 각각 오른쪽 발판(100)인 제 1발판(110)과 왼쪽 발판(100)인 제 2발판(120)을 결합하게 된다. 각각의 연결부(200)에는 결합수단(230)과 돌출부(240)가 구비되어 있다. 결합수단(230)은 연결부(200) 상측에 구비되어 있고, 나사산(231)이 형성되어 있다. 따라서, 나사(232)가 나사산(231)과 결합되면서 연결부(200)와 발판(100)의 조절수단(150)을 결합시키게 된다.
또한, 연결부(200)의 돌출부(240)는 연결부(200) 하단에 구비되며 도 3에 도시된 바와 같이 돌출부는 하나의 연결부에 2개가 구비되어 있다. 돌출부(240)에 의해 지지대(300)의 고정부(310)와 연결부(200)를 결합시키게 된다. 돌출부(240)는 지지대(300)의 고정부(310)는 요입홈(320)이 일정한 간격을 가지면서 형성되어 있다. 이러한 요입홈(320)에 돌출부가 끼워지면서 발판(100)의 조절수단(150)이 결합된 연결부(200)는 지지대(300)의 고정부(310)에 고정하게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 지지대는 지면에 수평으로 고정시킬 수 있는 고정 수단(330)을 구비하며, 일정한 간격을 두고 요입홈(320)을 형성하고 있는 고정부(310)로 구성되어 있다. 앞서 설명한 발판(100)의 조절수단(150)은 연결부(200)의 결합수단(230)에 의해 결합된다. 조절수단(150)이 결합된 연결부(200)는 지지대(300)에 일정한 간격을 두며 형성된 요입홈(320)에 돌출부(240)가 끼워지게 되면서 고정되게 된다. 요입홈(320)은 일정한 간격을 두고 형성되어 있으므로 육상선수의 다리길이 맞게 고정부(310)의 요입홈(320)에 돌출부(240)를 끼우게 된다.
또한, 연결부(200)의 중앙에는 수평센서(500)가 부착되어 있다. 발로 디딤판(130)을 밀게 되면 연결부(200)는 수평방향의 힘(Fx)을 받게 된다. 이러한 수평방향의 힘(Fx)에 의해 연결부(200)는 변형되게 되고, 수평센서(500)의 스트레인게이지(510)는 변형률을 측정하게 된다. 스트레인게이지(510)의 저항은 휘스톤브리지회로(620)의 형상으로 배열되며 저항의 변화에 따라 출력전압이 바뀌게 된다.
디딤판(130)에 구비된 노말센서(400)의 출력전압과 연결부(200)에 구비된 수평센서(500)의 출력전압을 측정하는 검류계(650)가 연결되어 있다. 또한, 측정된 출력전압을 전송받아 신호를 처리하는 신호처리수단(700)을 구비하고 있다. 이러한 신호처리수단(700)은 측정된 출력전압을 증폭하는 증폭기(710)를 구비하고, 증폭기(710)를 유선 또는 무선연결수단(720)으로 연결시켜 출력전압의 변화를 디스플레이하는 디스플레이부(730)를 구비하고 있다. 디스플레이부(730)는 분석장치(740)와 연결되어 출력전압의 변화를 분석해 육상선수의 출발시간을 감지하게 된다. 따라서, 육상선수가 출발을 하기 위해 디딤판(130)에 힘을 가하는 경우 노말센서(400)와 수평센서(500)의 출력전압은 급격하게 변화하게 되고 신호처리수단(700)에 의해 육상선수의 출발시간을 정확히 알게 된다.
검류계(650)과 증폭기(710) 및 증폭기(710)와 디스플레이부(730)는 유선 또는 무선으로 연결이 가능하다. 구체적으로 적외선 통신기, 블루투스, RFID, 무선랜 또는 무선CDMA 등의 무선 연결수단(720)에 의해 연결이 가능하다.
(스타팅블럭이 받는 힘의 방향)
도 4는 육상선수가 출발할 때 스타팅블럭에 가해지는 힘의 방향을 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 디딤판(130)을 수직방향의 힘(Ft)은 디딤판(130)의 평면과 직교하는 방향이다. 이러한 수직방향의 힘(Ft)은 노말센서(400)에 의해 측정된다. 또한, 연결부(200)는 디딤판(130)을 미는 힘에 따라 연결부(200)는 수평방향의 힘(Fx)을 받게된다. 수평방향의 힘(Fx)은 수평센서(500)에 의해 측정되게 된다.
이러한 수직 방향의 힘(Ft)과 수평 방향의 힘(Fx)을 측정하여 육상선수를 일으키기 위한 중력방향의 힘(Fz)을 산출할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 수직 방향의 힘(Ft)과 수평 방향의 힘(Fx)이 이루는 각도(θ)는 디딤판(130)의 길이 방향과 지지대(300)의 지면과 수평방향간의 각도(θ)와 동일함을 알 수 있다. 따라서 피타고라스의 정리에 의해 중력방향의 힘(Fz)을 알 수 있다.
즉, 발판(100)은 사람의 오른쪽 발이 놓이는 제 1발판(110) 및 왼쪽 발이 놓이는 제 2발판(120)이 있으므로 제 1발판(110)을 미는 수직 방향의 힘(Ft1)과 제 2 발판(120)을 미는 수직방향의 힘(Ft2)이 합쳐져서 스타팅블럭이 받는 총 수직방향 의 힘(Ft)이 계산된다. 또한 수평방향의 힘(Fx) 또한 제 1연결부(210)에 수평방향의 힘(Fx1)과 제 2연결부(220)에 수평방향의 힘(Fx2)의 합이 된다. 따라서, 중력방향의 힘(Fz)은 Ft2 = Fx2 + Fz2으로 구할 수 있다.
(노말센서와 수평센서 및 신호처리수단의 구성)
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 스트레인게이지를 가지는 노말센서(400)와 수평센서(500)의 구성에 대해 설명하도록 한다. 우선, 도 5a는 노말센서(400)를 구비한 발판(100)의 측면도를 도시한 것이다. 힘이 가해지는 위치의 디딤판(130)에 노말센서(400)가 부착되게 된다.
도 5b는 노말센서(400)를 도시한 것이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 노말센서(400)는 직육각형 모양으로 디딤판(130)과 평행한 상부자리면(401)과 하부자리면(402)이 있다. 노말센서(400)에는 8개의 스트레인 게이지가 부착되게 된다. 스트레인게이지는 압축 스트레인게이지 4개와 인장 스트레인게이지 4개로 구성된다. 각각 회로에서 저항의 역할을 하게 된다. 압축 스트레인게이지(422,432,442,452)는 노말센서(400)의 상부자리면(401)에 위치하고, 인장 스트레인게이지(421,431,441, 451)는 하부자리면(402)에 위치하게 된다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 인장 스트레인게이지(421,431,441,451)는 하부자리면(402)의 모서리 부분에 위치하고, 압축 스트레인게이지(422,432,442,452)는 상부자리면(401)의 모서리 부분에 위치한다.
도 5c는 디딤판(130)에 힘이 가해져 변형된 모습의 노말센서(400)를 도시한 것이다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 변형이 일어나면 노말센서(400)의 상부자리면(401)은 압축하게 되고, 하부자리면(402)은 인장하게 된다. 따라서, 상부자리면(401)에 설치된 제 1, 2, 3 및 4압축 스트레인게이지(422,432,442,452)는 압축되어 저항이 줄어들게 된다. 반면, 하부자리면(402)에 설치된 제 1, 2, 3 및 4인장 스트레인게이지(421,431,441,451)는 인장되어 저항이 증가하게 된다.
압축(422,432,442,452) 및 인장 스트레인게이지(421,431,441,451)의 저항은 회로를 구성하게 된다. 회로의 배치는 휘스톤브리지회로(610) 형태를 이루게 된다. 도 5d는 휘스톤브리지회로(610)의 회로를 나타낸 것이다. 도 5d에 도시된 바와 같이, 제 1 과 2 압축 스트레인게이지(422,432)가 직렬로 연결되어 있고, 제 1과 2 인장 스트레인게이지(421,431)가 직렬로 연결되어 있다. 제 1 압축 스트레인게이지(422)와 제 1인장 스트레인게이지(421) 사이는 제 1 접점(460)이 있다.
제 3과 4압축 스트레인게이지(442,452)가 직렬로 연결되어 있고, 제 2인장 스트레인게이지와 제 3압축 스트레인게이지(431,442) 사이에 제 2접점(470)이 존재한다. 제 3과 4인장 스트레인게이지(441,451)는 직렬로 연결되어 있고, 제 4압축 스트레인게이지(452)와 제 4인장 스트레인게이지(451) 사이는 제 3접점(480)이 위치하고 있다. 제 3인장 스트레인게이지(441)와 제 2압축 스트레인게이지(432) 사이는 제 4접점(490)이 위치하고 있다.
제 1접점(460)과 제 3접점(480)은 입력단을 구성하고, 이러한 입력단에 전원 공급장치가 연결되어 전원을 공급하게 된다. 제 2접점(470)과 제 4접점(490)은 출력단이 되고 검류계(650)가 연결된다. 검류계(650)는 출력전압을 측정하게 된다. 출력전압은 제 2접점(470)과 제 4접점(490)의 전위차가 된다. 따라서, 모든 스트레인게이지(410)의 저항값이 동일한 경우, 힘이 가해지지 않는다면 전위차는 0볼트(V)가 된다. 힘을 가하여 변형이 일어나 인장 스트레인게이지(421,431,441,451)와 압축 스트레인게이지(422,432,442,452)의 저항이 바뀌게 되면 제 2접점(470)과 4접점(490)에 전위차가 생겨 출력전압이 생기게 될 것이다. 이러한 노말센서(400)는 제 1발판(110)과 제 2발판(120)에 각각 구비하고 있다.
도 6a는 연결부(200)의 단면도를 도시한 것이다. 도 6a에서 도시된 바와 같이, 하나의 연결부(200)에는 양 측면에 스트레인게이지(510)가 부착되게 된다. A측 방향으로 바라보는 면에 제 1인장 및 제 1압축 스트레인게이지(521,522)가 부착되고, B측으로 바라보는 면에 제 2인장 및 제 1압축 스트레인게이지(531,532)가 부착되어 있다. 도 6b의 경우, 수평센서(500)가 부착된 연결부(200)에서 제 1인장 및 압축 스트레인게이지(521,522))가 부착된 도 6a의 A측 방향에서 바라본 측면도를 도시한 것이다. 도 6c의 경우, 수평센서(500)가 부착된 연결부(200)에서 제 2인장 및 제 2압축 스트레인게이지(531,532)가 부착된 도 6a의 B측 방향에서 도시한 측면도이다.
각각의 연결부(200)에는 수평센서(500)가 부착되며 하나의 수평센서(500)에 4개의 스트레인게이지(510)가 있다. 제 1 및 제2인장 스트레인게이지(521,531)와 제 1 및 제 2압축 스트레인게이지(522,532)를 구비하고 있다. 제 1압축 스트레인게이지(522)와 제 1인장 스트레인게이지(521)는 A쪽에서 바라본 측면에 구비하고, 제 2압축 스트레인게이지(532)와 제 2인장 스트레인게이지(531)는 B쪽에서 바라본 측 면에 구비하고 있다.
구체적인 실시예의 제 1인장 스트레인게이지(521)와 제 1압축 스트레인게이지(522)가 형성되는 면은 원형이며 제 1인장 스트레인게이지(521)와 제 1압축 스트레인게이지(522)가 일정한 각을 이루고 있다. 역시, 제 2인장 스트레인게이지(531)와 제 2압축 스트레인게이지(532)가 형성되는 면도 원형이며 제 2인장 스트레인게이지(531)와 제 2압축 스트레인게이지(532)가 일정한 각을 이루고 있다.
제 1 및 2 인장 스트레인 게이지(521,531)는 도 6b 및 6c에 도시된 바와 같이, 수평으로 가해지는 힘에 의해 인장되는 부분에 인장 스트레인게이지(521,531)가 위치하고 수평으로 가해지는 힘에 의해 압축되는 부분에 압축 스트레인게이지(522,532)가 위치하게 된다. 또한, 연결부(200)는 스트레인게이지(510)가 구비된 양 옆쪽에 홈(501)을 형성하고 있는데 이러한 홈(501)은 수평방향으로 힘이 가해진 경우 스트레인게이지(510)가 위치하는 부분에 가장 많은 변형이 생기게 하기 위함이다.
도 6d는 연결부(200)에 수평방향의 힘(Fx)이 가해져 연결부(200)가 변형된 도 6a의 A측 방향으로 바라본 측면도를 도시한 것이다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 연결부(200)의 상단에 수평으로 가해지는 힘(Fx)이 작용하며 홈(501)을 기준으로 상단이 변형되게 된다. 따라서, 제 1인장 스트레인지(521)가 인장되어 저항이 증가하고, 제 1압축 스트레인게이지(522)는 압축되어 저항이 증가하게 된다.
도 6e는 연결부(200)에 수평방향의 힘(Fx)이 가해져 연결부(200)가 변형된 도 6a의 B측 방향으로 바라본 측면도를 도시한 것이다. 역시, 수평방향의 힘(Fx)에 의해 제 2인장 스트레인게이지(531)가 인장되고, 제 2압축 스트레인게이지(532)가 압축됨을 알 수 있다.
이러한 각각의 압축 및 인장 스트레인게이지는 휘스톤브리지회로(620) 형태로 회로를 구성하고 있다. 도 6e는 연결부(200) 스트레인게이지의 휘스톤브리지(620) 회로를 도시한 것이다. 도 6e에 도시된 바와 같이, 제 1압축 스트레인게이지(522)와 제 1인장 스트레인게이지(521) 사이에 제 1접점(540)이 위치하고, 제 1인장 스트레인게이지(521)와 제 2압축 스트레인게이지(532)에 제 2접점(550)이 위치하게 된다. 그리고, 제 2압축 스트레인게이지(532)와 제 2인장 스트레인게이지(531) 사이에 제 3접점(560)이 위치하고, 제 2인장 스트레인게이지(531)와 제 1압축 스트레인게이지(522) 사이에 제 4접점(570)이 위치한다.
또한, 제 1압축 스트레인게이지(522)와 제 2압축 스트레인게이지(532)가 마주보고, 제 1인장 스트레인게이지(521)와 제 2인장 스트레인게이지(531)가 마주보는 형태를 하고 있다. 제 1 및 3접점(540,560)은 입력단이 되고, 이러한 입력단에 전원공급장치가 연결된다. 제 2 및 4접점(550,570)은 출력단이 되고, 이러한 출력단에 검류계(650)가 연결된다. 이러한 검류계(650)는 제 2 및 4접점(550,570) 사이에 전위차를 측정하고 이러한 전위차를 증폭기(710)에서 증폭하게 된다. 인장 스트레인게이지(521,531) 저항과 압축 스트레인게이지(522,532) 저항이 변형 전에 동일하다면 전위차는 0볼트가 될 것이다. 수평방향으로 힘이 작용하여 스트레인게이지(510)가 변형되면 저항이 변화하게 되므로 전위차가 생기게 되어 수평방향으로 힘(Fx)을 측정할 수 있게 된다.
이러한 수평센서(500)는 제 1연결부(210)와 제 2 연결부(220) 각각에 구비되어 오른쪽 발과 왼쪽 발에서 가해지는 수평방향의 힘을 각각 측정할 수 있다.
이러한 노말센서(400)와 수평센서(500)는 신호처리수단(700)과 연결되어 노말센서(400)와 수평센서(500)의 출력전압을 전송받아 신호를 처리하게 된다. 신호처리수단(700)은 출력전압을 증폭하는 증폭기(710)와 연결수단(720) 그리고 출력전압을 디스플레이하는 디스플레이부(730) 및 디스플레이된 출력전압의 변화를 분석하여 출발시간을 감지하는 분석장치(740)로 구성되어 있다.
증폭기(710)는 노말센서(400) 및 수평센서(500)의 출력전압을 측정하는 검류계(650)와 연결되며 출력전압을 증폭하게 된다. 증폭기(710)와 디스플레이부(730)는 연결수단(720)에 의해 연결된다. 이러한 연결수단(720)은 유선 또는 무선이며 무선의 경우, 적외선 통신기, 블루투스, RFID, 무선랜 또는 무선CDMA 등을 사용할 수 있다.
디스플레이부(730)는 증폭된 출력전압을 디스플레이할 수 있고, 디스플레이부(730)는 분석장치(740)와 연결되어 출력전압의 변화를 분석하여 어느 시점에 디딤판에 힘이 가하여 졌는지를 찾아내어 육상선수의 출발시간을 감지하게 된다.
(출발시간을 측정하는 방법)
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 센서가 부착된 스타팅블럭을 사용하여 출발시간을 측정하는 방법에 대해 설명하도록 한다. 우선, 도 7은 센서를 구비한 스타팅블럭을 사용하여 출발시간을 측정하는 방법의 흐 름도를 도시한 것이다.
육상선수가 출발하기 전에 양쪽 발을 스타팅 블록 발판(100)의 디딤판(130)에 놓게 된다. 그리고, 육상선수가 출발을 하기 위해 디딤판(130)의 평면방향과 수직방향으로 힘을 가하여 디딤판이 변형되게 된다(S100). 따라서 디딤판(130)에 구비된 노말센서(400) 부분이 변형되게 된다. 노말센서(400)가 변형되게 되면, 각각의 인장 스트레인게이지(421,431,441,451)의 저항이 증가하고, 압축 스트레인게이지(422,432,442,452)는 저항이 감소하게 된다(S200).
또한, 디딤판(130)에 힘을 가하게 되면 연결부(200)에 수평방향의 힘이 작용하게 되고 연결부(200)에 수평센서(500)의 제 1 및 2 스트레인게이지(520,530)가 변형되게 된다. 따라서, 인장 스트레인게이지(521,531)의 저항이 증가하고, 압축 스트레인게이지(522,532)의 저항은 감소하게 된다(S300).
디딤판(130)에 구비된 노말센서(400)와 연결부(200)에 구비된 수평센서(500)의 휘스톤브리지회로(600)의 출력단에서 출력전압을 검류계(650)가 측정하게 된다(S400). 출발할 때 힘이 가해지게 되면 출력전압이 바뀌게 되고 이러한 출력전압을 증폭기(710)에서 증폭하게 된다(S500). 증폭기(710)는 연결수단(720)에 의해 디스플레이부(730)와 연결되며 디스플레이부(730)는 증폭된 출력전압을 볼 수 있도록 디스플레이하게 된다(S600). 그리고, 분석장치(740)에 의해 디스플레이된 출력전압의 변화를 분석하여 힘이 작용한 시간 찾고 출발시간을 감지하게 된다(S700)
이러한, 연결수단(720)은 유선 테이블 등으로 유선으로 연결이 가능하고, 적외선, 블루투스, RFID, 무선랜 또는 무선 CDMA 등의 무선수단으로도 연결이 가능하 다. 디스플레이부(730)에서 출력전압을 보여주므로 육상선수가 출발을 위해 힘을 가하게 되면 출력전압이 급격히 변화하게 되므로 급격히 변화하는 시간을 측정하여 육상선수의 정확한 출발시간을 알 수 있게 된다.
(변형예)
본 발명은 스타팅블럭에 힘이 가해지는 부분에 스트레인게이지를 부착하여 육상선수의 출발시간을 정확히 알 수 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다. 따라서, 스타팅블록의 구성 중 디딤판(130)의 모양이나 디딤판(130)의 재질 등은 본 발명의 기술적 특징과는 무관한 것으로 권리범위 판단에 영향을 미치지 않는다.
또한, 발판(100)에서, 디딤판(130)과 지면과의 각도를 조절하는 조절수단(150)의 경우, 구체적인 실시예에서는 여러 길이가 다른 요홈(160)에 의해 조절되었으나 각도를 조절할 수 있는 수단이라면 구체적인 구성이나 종류의 변경은 본 발명의 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 자명하게 도출해 낼 수 있을 것이다.
노말센서(400)와 수평센서(500)의 경우 디딤판(130)에 가해지는 힘과 이로써 수평방향으로 가해지는 힘을 측정하는 역할을 하는 것으로 구체적인 실시예의 스트레인게이지의 모양과 동일할 필요는 없을 것이다. 힘을 측정할 수 있는 스트레인게이지의 종류와 회로의 변경은 권리범위 해석에 영향을 미치지 않을 것이다. 디딤판(130)의 구조의 변경에 따라 힘에 의해 변형되는 모양이 달라진다면 스트레인게이지의 위치 또한, 바뀌게 되는 것은 기술분야에 통상에 지식을 가진 자라면 자명하게 도출해 낼 수 있는 것이다.
스트레인게이지의 저항 역시 구체적인 실시예에서는 모두 동일한 저항으로 하였으나 힘에 의해 출력전압이 바뀌는 것에 기술적 특징이 있고 구체적인 저항값이 달라지더라도 본 발명의 권리범위에 속하게 되는 것이다. 또한 출력전압을 측정하여 디스플레이부(730)와 연결하는 구체적인 연결 수단도 구체적 실시예에 국한되는 것이 아닌 상호를 연결가능한 유선 또는 무선통신수단이면 되는 것이다. 디스플레이 장치 또는 출력전압을 분석하여 급격한 변화를 일으키는 시간을 찾아내는 구체적인 방법 등 또한 본 발명의 권리범위 해석과는 무관한 것이다.
도 1은 스타팅블럭의 사시도,
도 2는 스타팅블럭 발판의 사시도,
도 3는 발판과 연결부 및 지지대의 분해도,
도 4는 디딤판에 힘이 가해지는 경우 힘들의 방향을 나타낸 측면도,
도 5a는 노말센서와 연결수단을 가진 발판의 사시도,
도 5b는 디딤판의 부착된 노말센서의 사시도,
도 5c는 변형된 상태의 노말센서의 사시도,
도 5d는 노말센서의 휘스톤브리지 회로도,
도 6a는 연결부의 단면도,
도 6b는 도 6a의 A측 방향에서 바라본 연결부의 측면도,
도 6c는 도 6a의 B측 방향에서 바라본 연결부의 측면도,
도 6d는 수평방향의 힘이 가해져 변형된 도 6a의 A측 방향에서 바라본 연결부의 측면도,
도 6e는 수평방향의 힘이 가해져 변형된 도 6a의 B측 방향에서 바라본 연결부의 측면도,
도 6f는 수평센서의 휘스톤브리지회로의 회로도,
도 7은 스타팅블럭에 의해 출발시간의 감지방법을 나타낸 흐름도를 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:발판
110:제 1발판
120:제 2발판
130:디딤판
140:핀
150:조절수단
160:요홈
200:연결부
230:결합수단
231:나사산
232:나사
240:돌출부
300:지지대
310:고정부
320:요입홈
330:고정수단
400:노말센서
401:상부자리면
402:하부자리면
410:노말센서의 스트레인게이지
421:노말센서의 제 1인장 스트레인게이지
422:노말센서의 제 1압축 스트레인게이지
431:노말센서의 제 2인장 스트레인게이지
432:노말센서의 제 2압축 스트레인게이지
441:노말센서의 제 3인장 스트레인게이지
442:노말센서의 제 3압축 스트레인게이지
451:노말센서의 제 4인장 스트레인게이지
452:노말센서의 제 4압축 스트레인게이지
460:제 1접점
470:제 2접점
480:제 3접점
490:제 4접점
500:수평센서
510:수평센서의 스트레인게이지
521:수평센서의 제 1인장 스트레인게이지
522:수평센서의 제 1압축 스트레인게이지
531:수평센서의 제 2인장 스트레인게이지
532:수평센서의 제 2압축 스트레인게이지
540:제 1접점
550:제 2접점
560:제 3접점
570:제 4접점
600:휘스톤브리지
610:노말센서의 휘스톤브리지
620:수평센서의 휘스톤브리지
650:검류계
700:신호처리수단
710:증폭기
720:연결수단
730:디스플레이부
740:분석장치
θ:디딤판의 각도

Claims (22)

  1. 노말 센서를 구비한 발판;
    상기 발판의 일 측면을 결합시키는 결합 수단을 구비하고 수평 센서를 포함한 연결부;
    상기 연결부와 결합되는 고정부와 지면과 수평으로 놓이도록 결합할 수 있는 고정수단을 구비한 지지대;및
    상기 노말센서 및 상기 수평센서에서 전송된 신호를 처리하는 신호처리수단;을 포함하여 출발시간을 감지하는 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅 블록.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발판은 사람의 오른쪽 발이 위치하게 되는 제 1발판 및 왼쪽 발이 위치하게 되는 제 2발판으로 구성된 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고정부는 요입홈이 일정한 간격을 두고 구비되어 있으며, 상기 연결부에는 돌출부를 구비하고 있어 상기 돌출부가 임의의 상기 고정부 위치에 끼워져 상기 연결부가 상기 지지대에 고정되는 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅 블록.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 발판은,
    하단에 결합부를 구비하는 디딤판;및
    상기 결합부와 결합되며 상기 디딤판과 상기 지면과의 각도를 조절할 수 있는 조절 수단;을 포함하고 상기 노말 센서는 상기 디딤판에 구비된 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅 블록.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 디딤판에는 구멍이 형성되어 있고,
    상기 조절수단은 서로 다른 복수의 요홈을 구비하여 상기 구멍과 상기 요홈에 핀이 끼워짐으로써 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅 블록.
  6. 제 2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 결합수단은 상기 연결부의 상단에 구비되며,
    상기 돌출부는 상기 연결부의 하단에 구비되어, 그리고
    상기 결합수단은 나사산을 형성하고 수나사에 의해 상기 조절 수단의 일 측면에 상기 연결부가 결합되는 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  7. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 노말 센서와 상기 수평 센서는 스트레인 게이지로 이루어진 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지는 압축 스트레인 게이지 또는 인장 스트레인 게이지인 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 노말센서에는 상기 스트레인 게이지 8개가 구비되며,
    상기 8개의 스트레인게이지는,
    상부 자리면에 설치된 제 1, 2, 3 및 4 압축 스트레인 게이지와 하부 자리면에 설치된 제 1, 2, 3 및 4 인장 스트레인 게이지로 구성된 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 압축 스트레인게이지는 상기 상부 자리면의 모서리 부분에 위치하며,
    상기 인장 스트레인게이지는 상기 하부 자리면의 모서리 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 수평 센서의 스트레인 게이지는 상기 연결부에 4개가 구비되며,
    상기 4개의 스트레인게이지는,
    상기 연결부의 일면에 설치된 제 1 인장 스트레인게이지 및 제 1 압축 스트레인게이지와 상기 연결부의 타면에 설치된 제 2 인장 스트레인게이지 및 제 2 압축 스트레인게이지로 구성되어 있으며,
    상기 연결부에 수평으로 가해지는 힘에 의해 인장되는 부분에 상기 인장 스트레인게이지 설치되고, 수평으로 가해지는 힘에 의해 압축되는 부분에 상기 압축 스트레인게이지가 구비되는 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지는 휘스톤브리지회로 형태로 연결된 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 노말센서의 상기 휘스톤브리지회로는,
    상기 제 1압축 스트레인게이지와 상기 제 2압축 스트레인게이지, 상기 제 3압축 스트레인게이지와 상기 제 4압축 스트레인게이지, 제 1인장 스트레인게이지와 제 2인장 스트레인게이지 및 제 3인장 스트레인게이지와 제 4인장 스트레인게이지가 각각 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 노말센서의 상기 휘스톤브리지회로는,
    상기 제 1압축 스트레인게이지와 상기 제 2압축 스트레인게이지가 상기 제 3압축 스트레인게이지와 상기 제 4압축 스트레인게이지와 마주되게 연결되고,
    제 1인장 스트레인게이지와 제 2인장 스트레인게이지가 제 3인장 스트레인게이지와 제 4인장 스트레인게이지와 마주되게 연결되는 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 연결부에 구비된 상기 수평센서의 상기 휘스톤브리지회로는,
    상기 제 1압축 스트레인게이지와 상기 제 2 압축 스트레인게이지가 마주되게 연결되고,
    상기 제 1 인장 스트레인게이지와 상기 제 2 인장 스트레인게이지가 마주되게 연결되는 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 휘스톤브리지회로의 마주보는 두 접점은 입력단을 구성하고, 나머지 두 접점은 출력단을 구성하는 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 입력단에는 전원공급장치가 더 연결되고, 상기 출력단에는 출력전압을 측정하는 검류계가 더 연결된 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  18. 제 1항 및 17항에 있어서,
    상기 신호처리수단은,
    상기 검류계와 연결되는 증폭기;
    상기 증폭기와 연결수단에 의해 연결되고 상기 출력전압을 디스플레이하는 디스플레이부;및
    상기 디스플레이부를 분석하여 출발시간을 감지하는 분석장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 연결수단은 유선 또는 무선인 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅블럭.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 무선의 경우,
    적외선, 블루투스, RFID, 무선랜 또는 무선 CDMA인 것을 특징으로 하는 센서를 구비한 스타팅 블럭.
  21. 상기 제 20항의 스타팅블럭의 디딤판과 연결부가 선수의 출발에 의해 변형되는 단계;
    상기 디딤판에 설치된 노말센서의 스트레인게이지가 변형되어 상기 노말센서 휘스톤브리지회로의 저항이 변화하는 단계;
    상기 스타팅블럭의 연결부에 구비된 수평센서의 스트레인게이지가 변형되어 수평센서 휘스톤브리지회로의 저항이 변화하는 단계;
    검류계에 의해 상기 휘스톤브리지회로의 출력전압을 측정하는 단계;및
    신호처리수단에 의하여 상기 출력전압을 전송받아 출발시간을 감지하는 단계;를 포함하는 스타팅블럭에 의한 출발시간 감지 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 출발시간을 감지하는 단계는,
    증폭기에 의해 상기 출력전압을 증폭시키는 단계;
    디스플레이부에 의해 증폭된 상기 출력전압을 디스플레이하는 단계;및
    분석장치에 의해 디스플레이된 상기 출력전압을 분석하여 출발시간을 감지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스타팅블럭에 의한 출발시간 감지 방법.
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