본 연구의 목적은 소프트 골프 용구가 인체에 미치는 역학적 효과를 분석하는 것이다. 이를 위해 골프 스윙 동작을 캡처하여 스윙 모델을 생성하였고 시뮬레이션을 통해 손목, 팔꿈치, 어깨, 허리 관절의 토크를 도출하였다. 총 5명이 실험에 참여하였고 아연 합금 헤드의 소프트 골프 클럽과 기존 아이언 7번 클럽을 사용하였으며, 클럽당 5번씩 스윙을 수행하였다. 3대의 포지션 센서, 적외선 발광마커와 힘판을 사용하여 골프 스윙 동작을 캡처하였다. 인체 모델 생성 및 동역학 해석 프로그램을 통해 스윙 모델을 생성하여 시뮬레이션 하였고 관절의 토크를 도출하였다. 결과로 소프트 골프 클럽을 이용한 스윙에서 손목 관절 토크는 기존 골프 클럽을 이용한 스윙의 48.83 % 수준이며, 팔꿈치는 61.10 %, 어깨는 74.74 %, 허리는 102.46 %이다. 따라서 소프트 골프 클럽을 이용하여 스윙할 때, 기존 골프 클럽을 이용할 때보다 작은 힘으로 스윙 동작을 수행할 수 있기 때문에 관절에 부하가 적을 것이며, 관절 부상의 감소에 기여할 것이다.
본 연구의 목적은 소프트 골프 용구가 인체에 미치는 역학적 효과를 분석하는 것이다. 이를 위해 골프 스윙 동작을 캡처하여 스윙 모델을 생성하였고 시뮬레이션을 통해 손목, 팔꿈치, 어깨, 허리 관절의 토크를 도출하였다. 총 5명이 실험에 참여하였고 아연 합금 헤드의 소프트 골프 클럽과 기존 아이언 7번 클럽을 사용하였으며, 클럽당 5번씩 스윙을 수행하였다. 3대의 포지션 센서, 적외선 발광마커와 힘판을 사용하여 골프 스윙 동작을 캡처하였다. 인체 모델 생성 및 동역학 해석 프로그램을 통해 스윙 모델을 생성하여 시뮬레이션 하였고 관절의 토크를 도출하였다. 결과로 소프트 골프 클럽을 이용한 스윙에서 손목 관절 토크는 기존 골프 클럽을 이용한 스윙의 48.83 % 수준이며, 팔꿈치는 61.10 %, 어깨는 74.74 %, 허리는 102.46 %이다. 따라서 소프트 골프 클럽을 이용하여 스윙할 때, 기존 골프 클럽을 이용할 때보다 작은 힘으로 스윙 동작을 수행할 수 있기 때문에 관절에 부하가 적을 것이며, 관절 부상의 감소에 기여할 것이다.
The purpose of this study was to analyze the kinetic effect of Soft-$golf^{TM}$ instrument on the human body structure. To analyze the kinetic effect of Soft-$golf^{TM}$ instrument, Golf swing using Soft-$golf^{TM}$ instrument and regular golf instrument was captured...
The purpose of this study was to analyze the kinetic effect of Soft-$golf^{TM}$ instrument on the human body structure. To analyze the kinetic effect of Soft-$golf^{TM}$ instrument, Golf swing using Soft-$golf^{TM}$ instrument and regular golf instrument was captured. And then Upper limbs and lumbar joint torques was calculated via computer simulation. Five man participated this study. Subjects performed golf swing using a regular golf and Soft-$golf^{TM}$ instrument. Golf swing motion was captured using three position sensor, active infrared LED maker and force plate. Golf swing model was generated and simulated using ADAMS/LifeMOD program. As a results, joint torque during Soft-golf swing were lower than regular golf swing. Thus soft-golf swing have joint load lower than regular golf swing and contribute to reduce joint injury.
The purpose of this study was to analyze the kinetic effect of Soft-$golf^{TM}$ instrument on the human body structure. To analyze the kinetic effect of Soft-$golf^{TM}$ instrument, Golf swing using Soft-$golf^{TM}$ instrument and regular golf instrument was captured. And then Upper limbs and lumbar joint torques was calculated via computer simulation. Five man participated this study. Subjects performed golf swing using a regular golf and Soft-$golf^{TM}$ instrument. Golf swing motion was captured using three position sensor, active infrared LED maker and force plate. Golf swing model was generated and simulated using ADAMS/LifeMOD program. As a results, joint torque during Soft-golf swing were lower than regular golf swing. Thus soft-golf swing have joint load lower than regular golf swing and contribute to reduce joint injury.
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문제 정의
이들 선행연구는 주로 소프트 골프 스윙의 운동학적 요인에 국한되어있어 스윙을 수행하기 위해 요구되는 역학적인 힘과 관절 부하간의 관계를 설명하기에는 부족하다. 따라서 소프트 골프 스윙의 운동역학적인 요인에 대한 연구가 필요하며, 본 연구는 소프트 골프 용구의 역학적 효과를 분석하였다.
제안 방법
, USA)를 사용하였다. LifeMOD를 사용하여 피험자의 신체 정보와 같은 전신 골격 모델을 생성하였다. 골격 모델은 머리, 목, 가슴몸통, 복부몸통, 골반, 견갑골, 상완, 하완, 손, 대퇴, 하퇴, 발로 구성되며 총 19개의 분절로 이루어진다.
골프 스윙 동작을 Table 2와 같이 6개의 동작으로 구분하여 스윙 동작 동안 왼쪽 손목, 왼쪽 팔꿈치, 왼쪽 어깨, 허리관절에 부하되는 토크(Nm)를 분석하였다.
기존 골프 용구와 비교하여 소프트 골프 용구의 성능과 효과를 분석하기 위해 기존 골프 용구와 소프트 골프 용구를 사용하였고 이를 Fig. 1과 Table 1에서 나타내었다.
클럽의 무게로 인해 다루기 어려운 점과 부상의 위험을 보완하기 위하여 소프트 골프 클럽 헤드는 기존 골프 클럽 헤드보다 가벼운 아연합금 재료를 이용하였으며, 헤드의 페이스는 테니스 라켓 형식으로 그물망 구조나 격자모양으로 만들어 무게를 줄였다. 또한 기존의 단단하고 무거운 클럽 샤프트나, 골프공으로 인한 부상을 보완하기위해 고분자 재료를 이용하여 제작하였다[4].
본 연구는 소프트 골프 용구의 역학적 효과를 분석하기 위해 가상인체모델을 생성하여 골프 스윙 동작을 시뮬레이션을 하였고, 손목, 팔꿈치, 어깨, 허리 관절에서 소프트 골프 클럽을 이용한 스윙시 생성된 토크를 도출하여 기존 골프 클럽을 이용한 스윙에서 생성된 토크와 비교․분석하였다.
2에서 나타낸 것과 같이 주요 관절 위치에 부착하였다. 부착된 마커의 3차원 공간위치좌표를 수집하기 위하여 0.01 mm 해상도와 0.1 mm 정밀도를 가진 3대의 포지션 센서(Optotrak Certus, Northern Digital Inc., Canada)와 데이터 수집, 분석 시스템 소프트웨어(Motion Monitor, Innovative Sport, Inc., USA)를 이용하여 샘플링 주파수 100 Hz로 마커의 3차원 공간위치좌표를 수집하였다. 이와 동시에 2대의 힘판(Bertec Inc.
관절은 총 18개로 각 관절은 경첩조인트로써 x, y, z 3방향으로 구성되며 각 방향으로 회전 자유도를 갖는다[1]. 생성된 골격 모델에 수집된 골프 스윙 동작 데이터를 입력하여 골프 스윙 동작을 시뮬레이션 하였다.
이를 위해 대부분의 골프 클럽 헤드와 샤프트는 금속을 주재료로 하여 제작하며, 골프공은 클럽으로부터 전달된 충격력을 견뎌내고 정확하고 멀리 나가게 하기 위해 탄성이 있고 단단한 고무심과 플라스틱을 재료로 하여 제작한다.
, USA)를 이용하여 샘플링 주파수 100 Hz로 마커의 3차원 공간위치좌표를 수집하였다. 이와 동시에 2대의 힘판(Bertec Inc., USA)를 통해 샘플링 주파수 1000 Hz로 지면반발력을 측정하였고 캠코더를 이용하여 스윙 동작을 녹화하였다. Fig.
이러한 단점을 보완하기 위하여 2000년에 소프트 골프를 개발하였다[3]. 클럽의 무게로 인해 다루기 어려운 점과 부상의 위험을 보완하기 위하여 소프트 골프 클럽 헤드는 기존 골프 클럽 헤드보다 가벼운 아연합금 재료를 이용하였으며, 헤드의 페이스는 테니스 라켓 형식으로 그물망 구조나 격자모양으로 만들어 무게를 줄였다. 또한 기존의 단단하고 무거운 클럽 샤프트나, 골프공으로 인한 부상을 보완하기위해 고분자 재료를 이용하여 제작하였다[4].
피험자는 기존 아이언 골프 클럽과 소프트 골프 아연 아이언 골프 클럽으로 스윙을 하였고, 한 클럽당 5번씩 스윙을 하였다. 피험자는 5번의 스윙 후 10분 정도 휴식시간을 가졌다.
피험자들은 골프 스윙 동안 주로 굴곡과 신전의 팔꿈치 움직임을 수행하였고, Fig. 5에 소프트 골프 스윙의 여섯 동작에서 팔꿈치의 굴곡과 신전 움직임이 수행되는 동안 생성된 관절의 토크를 기존 골프 스윙 동안 생성된 토크를 기준으로하여 나타내었다.
대상 데이터
Fig. 3에 나타낸 것과 같이 연구에 사용된 하드웨어는 Motion Monitor 프로그램을 통해 동기화되어 데이터(마커의 3차원 공간 위치좌표, 지면반발력, 스윙 영상)가 수집되었으며, 마커의 3차원 공간 위치좌표와 지면반발력 데이터는 이 후 스윙 동작을 분석하기위한 소프트웨어에 입력되어졌다.
남자 5명이 참여하였으며 연령은 54.6세, 신장은 168.2 cm, 몸무게는 72.0 kg이다. 모두 오른손 잡이이며, 신경․근․골격계에 질병이 없었다.
기존 골프 클럽은 연습용으로 많이 사용되는 아이언 7번 클럽으로 헤드의 무게는 300 g, 샤프트를 포함한 전체 무게는 402 g 이다. 소프트 골프 클럽은 헤드를 아연합금으로 제작한 아연 아이언 클럽으로 타격면은 테니스 라켓과 같이 격자 구조를 취하고 있으며 타격면을 제외한 외형은 가벼운 재질의 금속을 사용하였고 샤프트는 그라파이트를 사용하여 제작하였다. 이렇게 제작된 아연 아이언 클럽의 헤드 무게는 196.
소프트 골프공은 천연고무와 wool, nylon이 55대 45로 혼합된 FELT를 재료로 하여 제작되었으며, 볼의 크기와 형상은 기존 골프공과 동일하지만 무게는 기존 골프공보다 가벼운 28 g 이고 직경은 45.2 mm이다.
이론/모형
수집된 골프 스윙 동작 데이터를 통해 골프 스윙 동작을 분석하기 위하여 인체 모델링 및 시뮬레이션 프로그램인 LifeMOD(Biomechanics Research Group Inc., USA)를 사용하였다. LifeMOD를 사용하여 피험자의 신체 정보와 같은 전신 골격 모델을 생성하였다.
성능/효과
백스윙 동안 클럽이 몸의 뒤로 향하며 팔꿈치의 굴곡 움직임이 수행되며 다운스윙시 공을 임팩트하기 위해 팔꿈치는 급격히 신전되어진다. Fig. 5에서 소프트 골프 백스윙시 MB와 TB구간에서 기존 골프 백스윙보다 높은 토크를 보였다(MB: 115.60 %, TB: 106.65 %). 하지만 팔꿈치의 급격한 신전 움직임이 수행되는 다운스윙 동안에는 42.
특히 고령 골퍼는 어깨 유연성과 관절의 퇴화로 인해 무리한 스윙시 관절낭염과 회전근의 염증 및 외상을 입을 수 있다[9]. Fig. 6에서 비록 ED구간에서의 회전 토크 수준이 138.19 %으로 높게 나타났지만, 전체 스윙 동안 74.74 % 수준의 토크를 나타낸 것으로 보아 어깨 근육이 기존 골프 클럽을 이용하였을 때보다 낮은 수준의 힘으로 내․외번 동작을 수행했다고 볼 수 있으며, 그만큼 부하가 적게 적용되어 스윙시 어깨 관절, 근육 부상이 감소할 것으로 기대할 수 있다.
소프트 골프 클럽을 이용한 스윙에서 손목 관절에 생성된 토크는 기존 골프 클럽을 이용한 스윙의 48.83 % 수준이며, 팔꿈치는 61.10 %, 어깨는 74.74 %, 허리는 102.46 %이다.
90 % 수준이다. 이는 기존 골프 클럽을 이용하여 스윙할 때 보다 적은 힘으로 다운스윙을 수행한다는 것을 나타내며, 손목과 클럽의 움직임을 적절히 제어할 수 있다는 것을 예측할 수 있다. 이를 통해 과도한 힘과 이로 인해 제어력이 상실되어 공 대신 땅을 쳐 입을 수 있는 유구골 골절 부상이 감소될 것으로 기대할 수 있다.
전체적으로 소프트 골프 스윙 동안 손목 관절의 토크는 기존 골프 스윙 동작의 49.86 % 수준이다. 이를 통해 기존 골프 보다 적은 힘으로 손목의 움직임을 수행하였다는 것을 알 수 있다.
골프 스윙시 팔꿈치의 굴곡, 신전 움직임이 과도하거나 과용하면 건염, 근막염, 활액낭염 등이 발생할 수 있으며, 과도한 근육의 수축과 근육이상과의 근위부에 끼어들어가는 등의 원인으로 내․외측 상과염 부상을 입을 수 있다[10]. 팔꿈치의 급격한 신전 움직임이 수행되는 다운스윙 동안 토크 수준과 전체 스윙 동안 토크 수준(61.10 %)이 기존 골프 클럽을 이용한 스윙보다 낮은 수준으로 나타난 것으로 보아 굴곡․신전 움직임시 근육의 과도하고 급격한 근수축의 정도가 감소되었을 것이며 근육, 건, 인대 등의 조직에 기존 골프 스윙만큼의 부하를 주지 않을 것을 예측할 수 있다. 따라서 골프 스윙시 입을 수 있는 팔꿈치 부상의 정도가 소프트 골프 클럽을 이용한 스윙에선 감소할 것이라 기대할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
골프용품은 성능 향상을 위해 어떻게 제작되고 있는가?
골프를 하기 위해선 골프공과 골프 클럽이 요구 되는데, 골프용품은 비거리, 볼 제어측면에서 성능 향상을 위해 클럽 헤드의 중량이 많이 나가게 설계․제작되고 있는 실정이다[1]. 이를 위해 대부분의 골프 클럽 헤드와 샤프트는 금속을 주재료로 하여 제작하며, 골프공은 클럽으로부터 전달된 충격력을 견뎌내고 정확하고 멀리 나가게 하기 위해 탄성이 있고 단단한 고무심과 플라스틱을 재료로 하여 제작한다.
소프트 골프는 어떤 단점을 보완하기 위해 개발되었는가?
골프용구 제작에 사용된 재료로 인해 공과 클럽이 단단하고 무거운 특성을 지니게 되는데, 경기 도중 빠른 속도의 공과 클럽에 충격을 받을시 심각한 부상이 초래될 수 있으며 부러진 클럽에 의해 큰 상해를 입을 수 있다. 또한 클럽의 무거운 중량은 초보자, 어린이, 고령자의 스윙 동작을 어렵게 하는 요소로 작용하며[2], 신체 분절과 각 관절의 비틀림, 회전, 꺾임 움직임이 가속되고 제어가 어렵게 되기 때문에 손목, 팔꿈치, 어깨 관절과 허리 등의 부상의 위험이 높아질 수 있다.
골프란?
골프는 코스 위에 정지하여 있는 공을 클럽으로 쳐서 홀에 넣는 스포츠로 기술 수준, 성별, 나이에 관계없이 라운딩 할 수 있는 특징이 있어 대중적인 스포츠로 보급되고 있다[1].
참고문헌 (13)
곽기영, 유미, 소하주, 김성현, 김남균, 김동욱, "소프트 골프 스윙 동작을 위한 인체 시뮬레이션의 운동역학 분석", J. Biomed. Eng. Res, Vol. 31, No. 2, pp. 141-150 (2010)
Y. Y. Kim, S. H. Kim and N. G. Kim, "Kinematic and kinetic analysis of the soft golf swing using realistic 3D Modeling based on 3D motion tracking," J. Biomed. Eng. Res, Vol. 28, No, 6, pp. 744-749 (2007)
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