본 연구의 목적은 런닝 턴 동작시 많은 정확한 턴을 위한 방법으로 발의 움직임을 역학적으로 분석하기 위함이다. 런닝 턴 동작에 대한 많은 역학적인 요인들 중 정확한 턴을 위해서는 감속이 발생되고 이런 감속은 진행하고자 하는 방향으로 턴을 할 수 있게 해준다. 턴이 시작되는 시점인 발의 회전각과 이로 발생되는 몸통의 각을 3차원영상분석과 지면반력 분석을 하였다. 따라서, 여러 매개변수들 중 수직축(z축)에서 발의 총 회전각($\theta_f$)/몸통 총 회전각($\theta_d$)= 발의 효과($\varepsilon$)로 단순화 시켜 간단한 방정식을 만들어서 설명했으며, 자료 산출을 위해 평균 속력 4.5m/s에서 진행 방향 $0^{\circ}$, $30^{\circ}$, $60^{\circ}$ 턴에 대한 분석을 통해 턴의 각이 커지면 커질수록 입각기 시간, 발 변위, 좌 우힘이 증가했음을 알 수 있었다.
본 연구의 목적은 런닝 턴 동작시 많은 정확한 턴을 위한 방법으로 발의 움직임을 역학적으로 분석하기 위함이다. 런닝 턴 동작에 대한 많은 역학적인 요인들 중 정확한 턴을 위해서는 감속이 발생되고 이런 감속은 진행하고자 하는 방향으로 턴을 할 수 있게 해준다. 턴이 시작되는 시점인 발의 회전각과 이로 발생되는 몸통의 각을 3차원 영상분석과 지면반력 분석을 하였다. 따라서, 여러 매개변수들 중 수직축(z축)에서 발의 총 회전각($\theta_f$)/몸통 총 회전각($\theta_d$)= 발의 효과($\varepsilon$)로 단순화 시켜 간단한 방정식을 만들어서 설명했으며, 자료 산출을 위해 평균 속력 4.5m/s에서 진행 방향 $0^{\circ}$, $30^{\circ}$, $60^{\circ}$ 턴에 대한 분석을 통해 턴의 각이 커지면 커질수록 입각기 시간, 발 변위, 좌 우힘이 증가했음을 알 수 있었다.
The purpose of this study was to investigate the functional role of foot effectiveness when humans execute running turn maneuvers. Foot rotation angle at the starting turn and body angle at the vertical axis were analyzed through three-dimensional image analysis and ground reaction force analysis. T...
The purpose of this study was to investigate the functional role of foot effectiveness when humans execute running turn maneuvers. Foot rotation angle at the starting turn and body angle at the vertical axis were analyzed through three-dimensional image analysis and ground reaction force analysis. Then, we created a simple equation: foot effectiveness = total foot rotation angle/total body rotation angle at the vertical axis. This equation made it possible to explain the dynamics of angular running turns. We analyzed data from running turns(0, 30, and 60) at average initial running velocities of 4.5, as well as rotations around the vertical axis during the running turns. As a result, the stance time, foot placement, and left and right force increased.
The purpose of this study was to investigate the functional role of foot effectiveness when humans execute running turn maneuvers. Foot rotation angle at the starting turn and body angle at the vertical axis were analyzed through three-dimensional image analysis and ground reaction force analysis. Then, we created a simple equation: foot effectiveness = total foot rotation angle/total body rotation angle at the vertical axis. This equation made it possible to explain the dynamics of angular running turns. We analyzed data from running turns(0, 30, and 60) at average initial running velocities of 4.5, as well as rotations around the vertical axis during the running turns. As a result, the stance time, foot placement, and left and right force increased.
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문제 정의
그러므로, 발에서 시작된 측면힘은 방향에 따라 감속 혹은 가속을 위해 발을 회전할 것이고, 여기서 발생된 힘 벡터는 결국 몸통의 회전각을 발생시키게 된다. 따라서 본 연구에서는 상해가 가장 많이 발생되는 예견치 않은 스포츠 현장 상황 조건에 최대한 가깝게 하기 위해서 예상치 못한 런닝 턴(unanticipated turn)을 실시하였고, 이런 턴의 시작인 발의 회전각과 턴의 마지막인 몸통각과의 관계를 운동학적으로 분석하여 몸통과 발 사이의 관계를 간단한 방정식으로 만들어서 간단하게 해석하였다.
5m/s로 방향전환 각도(0°, 30°, 60°) 에서 제한된 매개변수의 운동학적인 분석하였다. 본 연구의 관점인 발의 회전각은 위에서 언급했듯이 다리에서 시작된 힘은 발의 회전각을 발생시켜 신체 회전에 요구되는 토크를 발생시킨다. 이런 발의 영향은 런닝시 보다 예리한 턴을 만들기 위해 감속(deceleration)시키며 (Houck, 2003), 이때 또한 제동력 (bra*ng force)도 관찰된다 이런 제동력은 순전히 턴을 위해 사용된 힘(force)이며, 향후 발의 회전력을 바탕으로 스포츠 종목별로 제동력에 대한 정량적 표준 지표값 및 제동력과 상해 위험에 대한 연구 및 검증이 필요하다.
이런 관계에 대해 보다 더 세밀하고 많은 연구가 선행되야 상해와의 관계를 증명할 수 있을 것으로 사료된다. 이렇게 런닝 턴 시 발의 효과에 관하여 운동학적인 분석으로 설명해 보았다. 향후 연구에서는 이런 발에서 발생되는 미끄럼현상(skid)에 대한 많은 연구를 바탕으로 상해관련 지수를 정량적으로 나타낼 수 있는 표준지표를 만든다면 스포츠 현장에서 보다 많은 도움이 될 것으로 사료된다.
제안 방법
변인과 운동역학적 변인들이다. 각 피험자들에게 실험 목적과 주의사항을 전달 후, 이런 인체모델의 총 27곳의 관절점에 표면 반사마커(직경 15mm)를부착 후 좌표화시켰다.
따라서 본 연구에서 요구되는 런닝 후 방향 각도별발 총회전각과 몸통 총회전각을 비교분석하여 단계별 방정식으로 나타냈다(표 2).
0 프로그램을 이용하여 분석했다. 또한 이용한 역학수식으로는 토크/관성모멘트monnerit of inertia) 가 각 가속도(angular acceleration)이므로 이런 각 가속도(angular acceleration) 를 한 번 적분하면, 각속도(angular velocity) 가 나타나고, 이 각속도를 또한 번 적분하면 각도(angular)가 되는 것을 이용했다.
런닝 평균속도 4.5m/s로 방향전환 각도(0°, 30°, 60°) 에서 제한된 매개변수의 운동학적인 분석하였다. 본 연구의 관점인 발의 회전각은 위에서 언급했듯이 다리에서 시작된 힘은 발의 회전각을 발생시켜 신체 회전에 요구되는 토크를 발생시킨다.
본 연구에서 분석하고자 하는 변인은 런닝에 이은 방향 전환을 하는 동안 입각기(stance)동작에서 방향 각도별 0°, 30°, 60°와 그에 따른 몸통과 발의 방향전환에 따라 입각기(stance)동안 하지 관절 및 몸통에서 발생하는 운동학적 변인과 운동역학적 변인들이다. 각 피험자들에게 실험 목적과 주의사항을 전달 후, 이런 인체모델의 총 27곳의 관절점에 표면 반사마커(직경 15mm)를부착 후 좌표화시켰다.
선행 연구에서는 평균속도 3m/s(Besier, Lloyd, Ackland & Cochrane, 2001b)에서 실시했지만 본 연구에서는 스포츠 상황에 최대한 가깝게 하기 위해 실험실 내에서 통제 가능한 최대 평균속도인 4.5m/s로 실시했으며 영상을 통해 검토한 후 5회 중 3회에 대한 자료를 저장했다. 달리기 속도의 측정은 2대의 포토셀 (Photocell, Visol)을 설치하여 측정한다.
실험 시 동작 분석을 위해 6대의 CCD 카메라의 영상과 지면반력기의 자료를 동기화(synchronization)시키기 위하여 LED(Light Emitting Diodes)를 이용하며, 카메라의 셔터노출 시간은 1/500으로 고정시켰다.
실험은 방향과 각도의 실시 순서는 무작위(Besier et al., 2001a)로 실행했으며 피험자는 4.5m/s의 속도로 달린 후 오른발 착지 후 타겟보드(target board) 에서 나타나는 불빛에 따라 0°, 30°, 60°로 방향전환 하도록 했다 (그림 1). 이때 타겟보드의 불빛 통제는 왼발이 지부터 마지막 오른 발 착지 전에 수동으로 불빛 신호를 주었다.
이때 타겟보드의 불빛 통제는 왼발이 지부터 마지막 오른 발 착지 전에 수동으로 불빛 신호를 주었다. 실험의 일관성을 위해 타겟보드의 책임 통제자를 두었으며, 매 실험마다 영상을 분석하여 타겟보드의 왼발이지 때와 타겟보드의 불빛신호를 조사한 후 자료를 저장했다. 피험자는 제시된 하나의 방향과 각도에 대하여 총 5번 실시된 것들의 평균을 이용했다.
5m/s는 어떤 일반적인 스포츠 상황에서 보여주는 속도5-7m/s(Mdean, Myers, Neal & Walters, 1998) 보다 다소 느리다. 하지만 예견치 않은 스포츠현장상황 조건에 최대한 비슷하게 하기 위해, 예상치 못한 런닝 턴 (unanticipated tum)을 실시했다. 런닝 후 방향각도 30°, 60°에 따라 발 총회전각, θf는 17.
대상 데이터
본 연구에 사용된 기자재는 동작 분석을 위해 6대의 CCD 카메라의 영상과 미국 AMTI사 제품인 AMTI MCA6 지면반력 보드 2대와 지면반력기(BP400800) 2대를 사용하였고, 전구를 이용한 타겟보드를 이용해서 예견치 않은 방향을 알려주었다. 수치화 분석을 위해 KwonGRG2.
본 연구의 피험자는 최근 6개월 동안 하지상에 발의 통증이나 상해가 없는 S대 체육대학 20대 남자 10명(74 ±8 kg, 173.3±2.5 cm, 26.5±3.4 泸)을 대상으로 하였고, 그 중 3명은 자료 처리과정에서 변인에 대한 자료가 불충분하여 제외했다. 사전에 피험자들에게 실험의 내용과 목적을 충분히 설명하고 실험 참여 동의서를 받은 후 실험에 참여시켰다.
데이터처리
본 연구의 기준 좌표화와 인체관절 중심점의 좌표화, 카메라의 동조, DLT기법에 의한 3차원 좌표 계산은 Kwon(2004)이 개발한 Kwon3D 3.1 동작분석 프로그램을 사용하며, 지면반력 자료는 KwonGRF 2.0 프로그램을 이용하여 분석했다. 또한 이용한 역학수식으로는 토크/관성모멘트monnerit of inertia) 가 각 가속도(angular acceleration)이므로 이런 각 가속도(angular acceleration) 를 한 번 적분하면, 각속도(angular velocity) 가 나타나고, 이 각속도를 또한 번 적분하면 각도(angular)가 되는 것을 이용했다.
않은 방향을 알려주었다. 수치화 분석을 위해 KwonGRG2.0, Kwon3D 3.1과 그래픽 작업을 위하여 Microsoft Excel을 사용했다.
실험의 일관성을 위해 타겟보드의 책임 통제자를 두었으며, 매 실험마다 영상을 분석하여 타겟보드의 왼발이지 때와 타겟보드의 불빛신호를 조사한 후 자료를 저장했다. 피험자는 제시된 하나의 방향과 각도에 대하여 총 5번 실시된 것들의 평균을 이용했다. 본 연구실험에 대한 지면반력 측정은 방향전환 시에 주로 작용하는 좌 .
후속연구
후력이 과회전(over-rotation) 을 하지 못하도록 예방하거나 혹은 부회전(under-rotation)에 대한 보상이 될 수 있을 것이다. 이런 관계에 대해 보다 더 세밀하고 많은 연구가 선행되야 상해와의 관계를 증명할 수 있을 것으로 사료된다. 이렇게 런닝 턴 시 발의 효과에 관하여 운동학적인 분석으로 설명해 보았다.
이렇게 런닝 턴 시 발의 효과에 관하여 운동학적인 분석으로 설명해 보았다. 향후 연구에서는 이런 발에서 발생되는 미끄럼현상(skid)에 대한 많은 연구를 바탕으로 상해관련 지수를 정량적으로 나타낼 수 있는 표준지표를 만든다면 스포츠 현장에서 보다 많은 도움이 될 것으로 사료된다.
참고문헌 (21)
Andrews, J. R., Mcleod, W. D., Ward, T., & Howard, K.(1977). The cutting mechanism. American Journal of Sports Medicine, 5, 111-121.
Benvenuti, F. S. J., Stanhope, S. L., Thomas, V. P. Panzer., & Hallett, M.(1997). Flexibility of anticipatory postural adjustments revealed by self-paced and reaction-time arm movements. Brain Research, 761, 59-70.
Besier, T. F., Lloyd, D. G., Ackland, T. R., & Cochrane, J. L.(2001a). Anticipatory effects on knee joint loading during running and cutting maneuvers. Medicine and Science in Sports and Exercise, 33, 1176-1181.
Besier, T. F., Uoyd, D. G., Ackland, T. R., & Cochrane, J. L.(2001b). External loading of the knee joint during running and cutting manoeuvres. Medicine and Science in Sports and Exercise, 33, 1168-1175.
Colby, S., Francisco, A., Yu, B., Kirkendall, D., Finch, M., & Garrett, W.(2000). Electromyographic and kinematic analysis of cutting maneuvers. American Journal of Sports Medicine, 28, 234-240.
Franklin, R., Bell, W. J., & Jander, R.(1981). Rotational locomotion by the cockroach BLattella gennanica. Journal of Insect Physiology, 27, 249-255.
Frantsevich, L. I., & Mokrushov, P. A.(1980). Turning and righting in Geot rupes(Coleoptera, Scarabeidae). Journal of Comparative Physiology, 136, 279-289.
Graham, D.(1972). A behavioural analysis of the temporal organisation of walking movements in the 1st instar and adult stick insect(carausius morosus). Journal of comparative Physiology, 81, 23-52.
Houck, J.(2003). Muscle activation patterns of selected lower extremity muscles during stepping and cutting tasks. Journal of Electromyography and Kinesiology, 13, 545-554.
Howland, H. C.(1974). Optimal strategies of predator avoidance: the relative importance of speed and manoeuvrability. Journal of Theoretical Biology, 47, 333-350.
Jander, J. P.(1985). Mechanical stability in stick insects when walking straight and around curves. In Insect Locomotion(ed. M. Gewecke & G. Wendler), 33-42. Berlin: Paul Parey.
Jindrich, D. L., & Full, R. J.(1999). Many-legged maneuverability: dynamics of turning in hexapods. Journal of Experimental Biology, 202, 1603-1623.
Jindrich, D. L. Besier, T. F., & Lloyd, D. G.(2006). A hypothesis for the function of braking forces during running turns. Journal of Biomechanics, 39, 1611-1620.
Kwon, Y. H.(2004). Kwon3D motion analysis package version 3.1 user's reference manual. Anyang, Korea: V.TEK corporation.
Mclean, S. G., Myers, P. T. Neal, R. J., & Walters, M. R. A.(1998). Quantitative analysis of knee joint kinematics during the sidestep cutting maneuver: implications for non-contact anterior cruciate ligament injury. Bulletin of the Hospital for Joint Diseases, 57, 30-38.
Patla, A. E., Prentice, S. D., Robinson, C., & Neufeld, J.(1991). Visual control of locomotion: strategies for changing direction and for going over obstacles. Journal of Experimental Psychology 17, 603-634.
Straub, R., & Heisenberg, M.(1990). Coordination of legs during straight walking and turning in Drosophila melanogaster. Journal of Comparative Physiology, A167, 403-412.
Thollesson, M., & Norberg, U. M.(1991). Moments of inertia of bat wings and body. Journal of Experimental Biology, 158, 19-35.
Van Den Berg, C., & Rayner, J. M. V.(1995). The moment of inertia of bird wings and the inertial power requirement for flapping flight. Journal of Experimental Biology, 198, 1655-1664.
Zollikofer, C. P.(1994). Stepping patterns in ants I. Influence of speed and curvature. Journal of Experimental Biology, 192, 95-106.
Zolotov, V., Frantsevich, L., & Falk, E. M.(1975). Kinematik der phototaktischen Drehung bei der Honigbiene Apis mellifera L. Journal of Comparative Physiology, 97, 339-353.
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