KR20100089152A - 골프 스윙의 자가 평가를 위한 벨트 클립형 스윙 교정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가속도 센서와 자이로센서를 이용한 착용 형 골프 스윙 동작 평가 장치 및 그 활용에 관한 것으로, 골프 스윙 시 착용자 몸의 무게 중심에 가까운 허리 부분의 몸의 움직임 패턴과 타이밍을 측정하기 위한 가속도센서와 자이로센서 모듈과, 스윙의 숙련도를 평가하기 위한 알고리즘과, 측정된 움직임 데이터를 외부기기로 연결하기 위한 무선 통신 모듈을 골프 연습 중에 쉽게 사용할 수 있도록 허리에 착용하는 벨트클립의 형태로 구현한 것이다. 본 발명에 따른 착용하는 골프 스윙 평가 장치는 가속도 센서와 자이로 센서를 이용하여 무게중심 부위의 3축 방향의 가속도 성분과 3축 방향의 각속도 성분을 계측하여 변위와 회전을 측정하고 이를 기반으로 각 스윙 단계와 그 타이밍 그리고 움직임의 정확성을 인식 및 평가하는 측정 기술과 소프트웨어 알고리즘을 기반으로 하여 실제 골프장이나 골프 연습실, 혹은 가정이나 야외에서 개인 혹은 단체로 활동 시에 자신의 스윙의 적합성을 즉시 피드백 받아 바른 스윙 자세를 혼자서도 쉽게 연습할 수 있는 것을 특징으로 한다.

가속도 센서, 자이로 센서, 골프 스윙 훈련, 동작 분석

Description

골프 스윙의 자가 평가를 위한 벨트 클립형 스윙 교정 장치 {Belt clip style golf swing motion tracking and evaluation device}

본 발명은 가속도 센서와 자이로센서를 이용한 착용형 움직임 감지를 기반으로 바른 골프 스윙 자세를 혼자서도 쉽게 훈련할 수 있는 기기에 관한 것이다. 현재 골프의 바른 스윙 및 타격을 위한 자세 교정을 위해 스크린 골프, 카메라를 이용한 움직임 감지 등의 기술이 사용되고 있으나, 대부분 일정 이상의 전용 공간과 여러 장비들을 설치해야 하며, 이로 인해 고가인 경우가 대부분이어서, 일반인이 바른 골프 스윙 자세를 익히기 위해서는 전문 트레이너나 거울을 보며 연습하는 것 외에는 특별히 대안이 없다.

골프 스윙은 다수의 관절과 다양한 방향의 움직임을 포함하는 운동으로서 그 움직임을 3차원 적으로 정확히 정략적으로 측정하고 평가하기 위해서는 다 수의 고해상도 모션 캡쳐 카메라와 고가의 소프트웨어를 사용해야 한다.

하지만, 최근 소형 가속도 센서 및 자이로 센서의 발달로 많은 추가 장비를 설치하지 않고도 인체의 움직임의 특징을 간단히 감지할 수 있게 되어 스포츠, 의료 등에 사용되고 있다. 이런 장치를 사용하면 별도의 전용 공간이나 비용의 부담. 혹은 시간과 장소의 제약 없이 개인의 움직임에 관련한 데이터를 스스로 확인할 수 있고 특히 골프 스윙의 경우, 도 1에 나타난 것처럼 체중을 타격에 바르게 싣기 위해서는 몸의 무게 중심에 가까운 허리 운동을 중심으로 한 체중의 이동이 가장 핵심적인 요소이며 무의식적인 습관화를 위해서는 반복 트레이닝이 매우 중요하다.

기존특허중 가속도센서 혹은 자이로센서를 이용하여 스윙운동을 분석하고 평가하는 발명들이 있지만 이 발명들은 모두 센서를 스윙의 최종 결과물인 클럽 또는 손의 움직임만을 추적하도록 되어 있어 일정한 스윙 패턴을 정확하게 반복해야하는 골프 스윙 운동에 있어 그 원천 또는 기반이 되는 중심축의 움직임을 정확하게 측정하고 평가하여 훈련의 본 목적인 스윙의 기본 틀을 교정하기 위한 정보를 제공하는 데는 한계가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 골프 스윙의 핵심이며 중심 축이 되는 몸의 무게 중심점 부위의 움직임 및 회전을 착용 형 동작 감지 장치를 벨트 버클 부위 또는 몸의 무게 중심점에 근접한 곳에 착용하여 측정하고 이 측정치를 기반으로 몸의 무게중심점의 이동과 부착부위의 방위각의 변화를 얻어내어 스윙 폼과 자세의 안정성, 타이밍의 적합도 및 숙련도, 반복의 정확성 등을 알고리즘에 의해 자동으로 평가하는데 사용하고 착용자에게 피드백함으로 바른 스윙 자세의 기본 틀과 타이밍을 보다 쉽게 교정하고 익히는 데에 도움을 주는 장치 및 그 구현 원리를 제공함에 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위해, 가속도 센서 혹은 자이로 센서를 이용하여 움직임 및 방위각 변화 감지 모듈(도3)을 구현하고, 이를 벨트의 버클 부분에 착용하는 형태(도4)로 제작하며, 여기에서 측정된 데이터를 분석하여 기준이 되는 스윙 폼과 비교하거나 움직임의 범위 및 타이밍을 비교하여 그 적합도나 숙련도 및 반복의 정확도를 자동으로 평가하는 알고리즘을 내장하여 구현한다.

가속도 센서와 자이로 센서를 이용하여 몸의 중심 부분의 움직임을 정확하게 측정하기 위해서는 가속도 센서에서 감지되는 움직임에 의한 가속도 성분과 중력에 의한 가속도 성분에 대하여 기존의 자이로 센서의 계측치 등을 이용하는 알고리즘 을 통한 보정을 통하여 움직임에 의한 가속도 성분만을 산출하고 추가적인 알고리즘을 통하여 센서 부착부위의 변위 및 속도를 산출한다. 자이로 센서를 통해 감지되는 각속도 측정치는 기존의 알고리즘을 이용하여 보정을 하고 센서 부착 부위의 각속도에 더하여 방위각 및 각가속도를 추가로 산출하여 부착부위의 3차원적인 위치 관련 데이터 (positional data) 뿐만 아니라 방위각(orientation) 관련 데이터를 얻어낸다.

센서를 통하여 얻어낸 변위 데이터와 방위각 변화 데이터를 스윙의 교정에 사용하기 위한 방법 중 한가지는 스윙의 중심축의 이동이 안정적이며 이상적으로 이동하는 지를 감시 하는 것이다. 이를 위하여 스윙의 정확도를 떨어뜨리는 방향으로의 움직임의 변화가 최소화되고 스윙의 효율성과 연관되는 방향으로의 움직임이 적절하도록 바이오 피드백 등을 제공하여 반복적인 학습이 가능하도록 한다. 스윙의 정확도를 떨어뜨리는 움직임은 지면에서부터 센서까지의 수직 높이의 변화와 타구 될 공에서 센서까지의 수평거리의 변화이다. 어드레스에서 타구의 순간까지 이 수직 높이와 수평 거리가 최소화되도록 계속하여 감시하고 피드백을 제공함으로써 스윙 중심축의 안정성을 제고할 수 있다.

이상적인 스윙에서는 인체 무게중심이 공의 진행방향으로 진행해야 하며 그 타이밍이 일정하여야 타구되는 공의 진행의 정확한 반복성을 보장할 수 있기 때문에 인체 무게 중심이 공이 진행방향으로 진행하는 타이밍과 패턴의 일정한 정도를 패턴인식을 통하여 정량적으로 제공하고 크게 벗어나는 스윙에 대하여는 피드백을 통하여 사용자에게 교정 정보를 제공한다. 이에 더하여 무게 중심 이동의 패턴에 대한 전문 프로선수의 패턴을 저장하고 있어 그 무게 중심 이동과 사용자의 무게 중심 이동의 패턴을 감시하여 프로전수의 패턴과 비교하여 그 타이밍의 차이 안정도등에 대한 비교 정보를 정하여 사용자 스윙 패턴의 교정 정보를 제공할 수 있다.

이에 더하여 센서가 장착된 골반의 회전 또한 골프 스윙의 기반이 되는 중심축의 회전 운동이다. 이 골반의 회전 패턴의 일정성을 감시하고 피드백을 제공함으로써 스윙의 기초가 되는 회전운동의 기본 패턴을 즉각적으로 피드백 받고 프로선수와의 비교하여 유사한 운동을 유도함으로써 최선의 교정 효과를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 골프 연습을 위해 따로 공간이나 시간, 트레이너를 두지 않고도 스스로 자신의 스윙 자세를 교정할 수 있다. 뿐만 아니라, 무선 데이터 링크를 이용하여 컴퓨터나 게임기, 혹은 외부 표시기 등과 연결하면 골프를 소재로 한 게임의 스윙 입력으로 활용하여 즐길 수 있고 측정된 데이터를 저장하여 개인의 숙련도를 파악할 수 있는 효과가 있다.

골프 스윙에 있어 부상의 위험을 줄이고 클럽 헤드 스피드를 최대로 높이기 위해서는 더 크고 많은 근육이 존재하는 하지와 이너시아(Intertia)가 큰 몸통에서부터 높은 회전운동량을 유도하여 효과적으로 상지를 통과하여 클럽 헤드까지 전달하여야 한다. 이를 위하여 큰 이너시아를 가진 몸통의 회전과 무게 중심의 일정성 타이밍의 정확도 등의 정확도를 소리 또는 LCD 창을 또한 숫자로 제공하여 스윙의 기본이 되는 회전 중심축의 움직임을 전문적으로 교정하여 사용자가 보다 더 빠르 고 즉각적으로 숙련된 골프 스윙을 숙지할 수 있도록 한다.

도 4은 본 발명에서 제안된 골프 스윙의 자가 평가를 위한 벨트 클립형 장치의 실시 예를 보여주고 있다. 골프장에서의 골프 활동이나 실내 연습장, 혹은 가정이나 야외에서 시간과 공간의 제약 없이 스윙을 하고, 매 스윙의 적합도 내지 일정성을 소리 또는 모듈에 장착된 LCD창을 통하여 수치적으로 또는 기존 패턴 또는 프로골퍼의 스윙 패턴을 챠트를 통하여 제공하여 스스로 스윙 중심 축 움직임의 교정방향을 피드백 받아 스윙 자세를 교정하는 데에 이용될 수 있다.

모듈에서 제공하는 정보는 일정한 스윙에 대한 반대 요소인 중력방향의 움직임과 공의 진행방향에 직각인 방향의 움직임의 크기에 대한 수치이며 이 크기가 클 경우에는 소리와 같은 피드백으로 교정 정보를 제공한다. 모듈에서 제공하는 두 번째 정보는 공의 진행방향과 일치하는 방향의 이동 타이밍의 일정 성에 대한 것으로 그 이동 타이밍이 인식된 일반 타이밍 또는 입력되어 있는 프로선수의 타이밍과 상이할 때 피드백을 통하여 사용자에게 제공한다. 세 번째 정보는 사용자 몸의 회전의 일정성 또는 사용자 몸의 회전과 프로선수의 몸의 회전의 상이성을 사용자에게 제공하는 것으로 몸의 무게 중심점과 회전축의 중심 점 가까이에 장착된 센서 모듈의 회전을 감지하여 모율에 인식된 일반적 회전 또는 프로 선수의 일반적 회전의 패턴과의 상이점을 수치적 또는 그래픽적인 차트를 통하여 제공한다.

모듈의 사용단계는 트레이닝 모드(Training Mode)와 필드 모드(Field Mode), 러닝모드(Learning Mode)로 구분된다. 트레이닝 모드에서는 골프연습장과 같은 안정된 환경에서 일정한 스윙을 반복적으로 스윙하여 자신의 일정 스윙 패턴을 저장하고 필드모드에서는 실제 골프장 필드에서 스윙할 때 연습장에서 저장했던 자신의 안정된 모드와 비교할 때 스윙 패턴의 변화를 감시하여 그 교정 방향을 제공한다. 러닝 모드는 프로선수의 스윙 패턴을 비교하여 그 교정 방향을 제공한다.

본 발명은 가속도센서와 자이로 센서를 장착한 새 하드웨어 모듈뿐만 아니라 이미 가속도 센서가 장착되어 있는 스마트폰에 소프트웨어를 통하여 본 알고리즘을 적용하여 실시가 가능하다.

도 1은 모듈이 인식하고자 하는 골프 스윙의 각 단계

도 2는 모듈이 인식하고자 하는 골프 스윙의 각 단계의 순서

도 3은 본 발명 실시 예의 제작을 위한 센서모듈을 보인 사시도

도 4는 본 발명을 착용하고 사용하는 실시 예를 보인 사시도

* 주요부분에 대한 부호의 설명

101: 가속도 센서

102: 자이로 센서

103: LCD 디스플레이

201: 센서모듈

Claims (4)

1. 사용자 몸에 장착되어 사용자 몸의 움직임을 감지하는 센서모듈과 센서모듈에서 감지된 값을 비교 분석하여 골프 스윙의 일정성과 전문가의 스윙과 비교 판단하는 계산 모듈, 계산된 값을 표시하는 디스플레이 모듈이 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 골프 스윙자세 연습기.
2. 상기 제 1항에서 몸의 움직임을 감지하는 센서모듈은 자이로 센서와 가속도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프 스윙자세 연습기.
3. 상기 제 1항에서 센서 모듈은 무게 중심 또는 골프 스윙의 회전의 중심축 가까이에 장착되어 사용자 몸의 중심축의 움직임 정보를 계측하여 몸의 중심축의 움직임 패턴을 인식하고 그 정보를 표시하고 피드백을 제공하는 것을 특징으로 하는 골프 스윙자세 연습기.
4. 상기 제 1항에서 센서 모듈은 무게 중심의 이동 및 회전의 일정 성을 인식할 수 있고 특이 패턴을 추출하여 피드백을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 골프 스윙자세 연습기.

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