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문제 정의
- 골프스윙 동작에 있어 하체의 움직임은 체중 이동과 관련이 있기 때문에 하체의 관절 부하에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구는 inverse dynamics 함수를 사용하여 골프 스윙시 하체의 역할과 동작에 대한 하지 관절 토크의 변화를 조사하는 것이다.
- 이 연구는 골프 스윙 시 하지 관절에 작용하는 모멘트를 역동역학 방법을 이용하여 변인들을 조사하는데 목적이 있다.
- 이 연구는 다운스윙 구간에서 하체의 관절에 작용하는 모멘트를 역동역학 방법을 이용하여 변인들을 규명하고자 하였다. 이를 위해 K 대학에 재학 중인 골프 경력이 7년 이상인 KPGA 프로골퍼 7명을 대상으로 선정하였다.
제안 방법
- 본 연구를 수행하기 위하여 14개 분절로 구성된 인체모델을 사용하였으며 스윙 동작시 각 분절의 움직임을 확인하기 위하여 총 77개의 마커가 인체에 부착되었다. 모든 피험자들은 충분히 워밍업을 시킨 후에 45 인치 길이의 캘러웨이(Callaway, USA) 드라이버를 사용하여 한 사람씩 인조 고무티 위에 놓여져 있는 실제 공 사이즈의 구멍이 있는 플라스틱 골프 볼을 타켓 방향으로 치도록 하였으며, 연구자와 본인이 만족하는 스윙동작을 선택하였다. 역학량 변인들을 산출하기 위해 각 분절과 관절에 마커를 부착하고 클러스터를 착용하였다.
- 모든 피험자들은 충분히 워밍업을 시킨 후에 45 인치 길이의 캘러웨이(Callaway, USA) 드라이버를 사용하여 한 사람씩 인조 고무티 위에 놓여져 있는 실제 공 사이즈의 구멍이 있는 플라스틱 골프 볼을 타켓 방향으로 치도록 하였으며, 연구자와 본인이 만족하는 스윙동작을 선택하였다. 역학량 변인들을 산출하기 위해 각 분절과 관절에 마커를 부착하고 클러스터를 착용하였다.
- 이 연구를 수행하는데 있어서의 분석 국면은 4개의 이벤트와 3개의 국면으로 구분하여 분석하였다(Figure 2). 이벤트 설정은 백스윙 탑 자세(E1), 다운스윙 시 왼팔이 지면과 평행인 자세(E2), 다운스윙 시 샤프트가 지면과 평행인 자세(E3), 임팩트(E4)로 구분되며, 국면 설정에 있어서 제 1국면(P1)은 E1-E2, 제 2국면(P2)은 E2-E3, 제 3국면 (P3)은 E3-E4까지 3개의 국면으로 구분하였다.
- 이 연구를 수행하는데 있어서의 분석 국면은 4개의 이벤트와 3개의 국면으로 구분하여 분석하였다(Figure 2). 이벤트 설정은 백스윙 탑 자세(E1), 다운스윙 시 왼팔이 지면과 평행인 자세(E2), 다운스윙 시 샤프트가 지면과 평행인 자세(E3), 임팩트(E4)로 구분되며, 국면 설정에 있어서 제 1국면(P1)은 E1-E2, 제 2국면(P2)은 E2-E3, 제 3국면 (P3)은 E3-E4까지 3개의 국면으로 구분하였다.
- 카메라 설치는 진행 방향으로 카메라를 전, 후 측면과 좌, 우 측면에 총 8대의 카메라를 설치한 다음 NLT (nonlinear transformation) 방법을 이용하여 기준좌표계를 설정하였다. 촬영 범위는 피험자가 어드레스에서 피니쉬 동작까지로 설정하였으며, 실험 전 피험자들에게 실험내용 및 주의사항을 주지시킨 후 서면동의를 구하였다.
- 이 연구에 사용된 카메라는 500 Hz로 촬영할 수 있는 ProReflex MCU500 적외선 카메라 8대를 사용하였으며, 촬영속도는 500 Hz로 설정하였다. 카메라 설치는 진행 방향으로 카메라를 전, 후 측면과 좌, 우 측면에 총 8대의 카메라를 설치한 다음 NLT (nonlinear transformation) 방법을 이용하여 기준좌표계를 설정하였다. 촬영 범위는 피험자가 어드레스에서 피니쉬 동작까지로 설정하였으며, 실험 전 피험자들에게 실험내용 및 주의사항을 주지시킨 후 서면동의를 구하였다.
대상 데이터
- 본 연구를 수행하기 위하여 14개 분절로 구성된 인체모델을 사용하였으며 스윙 동작시 각 분절의 움직임을 확인하기 위하여 총 77개의 마커가 인체에 부착되었다. 모든 피험자들은 충분히 워밍업을 시킨 후에 45 인치 길이의 캘러웨이(Callaway, USA) 드라이버를 사용하여 한 사람씩 인조 고무티 위에 놓여져 있는 실제 공 사이즈의 구멍이 있는 플라스틱 골프 볼을 타켓 방향으로 치도록 하였으며, 연구자와 본인이 만족하는 스윙동작을 선택하였다.
- 이 연구에 사용된 카메라는 500 Hz로 촬영할 수 있는 ProReflex MCU500 적외선 카메라 8대를 사용하였으며, 촬영속도는 500 Hz로 설정하였다. 카메라 설치는 진행 방향으로 카메라를 전, 후 측면과 좌, 우 측면에 총 8대의 카메라를 설치한 다음 NLT (nonlinear transformation) 방법을 이용하여 기준좌표계를 설정하였다.
- 이 연구는 다운스윙 구간에서 하체의 관절에 작용하는 모멘트를 역동역학 방법을 이용하여 변인들을 규명하고자 하였다. 이를 위해 K 대학에 재학 중인 골프 경력이 7년 이상인 KPGA 프로골퍼 7명을 대상으로 선정하였다.
데이터처리
- 5를 이용하여 분석변인을 산출하였다. 또한 3차원 좌표 값이 산출된 후 각 대상자 간 데이터의 표준화를 위해 각 대상자 별 소요된 구간별 프레임 수를 구간별 소요시간으로 나눠 백분율로 나타냈다.
- 이 연구는 K 대학에 재학 중인 KPGA 프로골퍼 7명을 대상으로 선정하였으며 피험자들의 신체적 특성과 경력을 평균과 표준편차로 [Table 1]에 제시하였다.
- 이 연구에 사용된 실험장비와 분석장비는 [Table 2]에 제시한 것과 같이 Qualisys사의 카메라 8대와 Kistler Type 9286AA의 지면반력기 2대를 이용하였으며, 역학적 변인 산출은 Mathworks사의 Matlab 6.5를 이용하여 분석하였다.
- 이때 cut-off frequency는 24Hz (Coleman & Rankin, 2005)로 설정하였고, 얻어진 위치좌표를 이용하여 Matlab 6.5를 이용하여 분석변인을 산출하였다.
이론/모형
- 8대의 카메라에서 들어온 2차원 평면상의 데이터는 NLT 방법에 의해서 3차원 공간상의 데이터로 변환되는데, 이렇게 얻은 데이터를 처리하는데 생긴 노이즈에 의한 오차를 제거하기 위하여 Butterworth 4th low-pass filtering method 를 이용하여 smoothing하였다.
성능/효과
- 1. 다운스윙 초기에 체중이 이동될 때에는 발목관절의 모멘트 변화는 미미한 것으로 나타났으나 좌측 발목관절은 제 3국면에서는 X축을 중심으로 한 회전은 저측굴곡으로, Y축을 중심으로 한 회전은 외전방향으로의 모멘트가 증가하였다.
- 2. 좌측 무릎관절은 제 1국면에서 X축을 중심으로 한회전은 굴곡과 신전의 교호모멘트 현상으로 다운스윙 초기의 sit-down 자세로 신체중심을 낮추는 동작이다.
- 3. 우측 고관절은 제 2국면에서 Y축, 제 3국면에서 X축을 중심으로 외전과 굴곡방향 모멘트가 증가하였고, 이는 다운스윙 시에 숙련된 골퍼들에게 일어나는 클럽헤드의 레깅(lagging)동작으로 클럽 헤드 스피드를 높이기 위한 것이다.
- 4. 제 3국면에서 X축을 중심으로 한 요추부위의 회전운동은 굴곡에서 신전으로의 동작변화가 일어나는데, 이는 몸통의 빠른 회전을 피니쉬 자세로 연결동작이다. 그리고 Z축을 중심으로 한 회전은 제 2국면에서 타켓 방향과 반대의 방향으로 모멘트가 일어나며, 이는 양팔의 회전 동작을 빠르게 하여 클럽헤드의 회전속도를 증가시키기 위한 동작이다.
- 그리고 Z축을 중심으로 한 회전은 제 1국면에서 −8.39±6.84 Nm 외측회전 모멘트가 제 3국면에서 2.92±7.92 Nm의 내측회전으로 교호하는 특성을 나타났다.
- 우측 고관절은 제 1국면에서 X축, Y축을 중심으로 한 회전은 신전과 내전방향으로 모멘트가 급격하게 줄어드는 현상을 나타냈다. 이 구간에서는 타켓 방향으로 체중 이동과 동시에 힙의 회전현상이 일어나는 것으로 판단된다.
- 우측 무릎관절은 제 1국면에서 X축, Y축을 중심으로 한회전은 신전과 내전이 감소하는 방향으로 모멘트가 작용하였으며, Z축을 중심으로 한 회전은 외측회전 모멘트가 감소하는 것으로 나타났다. 이는 왼쪽으로 체중 이동을 하면서 오른쪽 무릎관절이 좌측 무릎관절을 뒤따라오는 현상으로 클럽의 회전운동이 일어나기 전 단계인 것으로 판단된다.
- 우측 발목관절은 제 1국면에서 X축, Y축 그리고 Z축에서 모멘트가 거의 작용하지 않는 것으로 나타났으며 제 2, 3국면에서는 X축, Y축 그리고 Z축을 중심으로 한 회전은 배측 굴곡, 외전방향 그리고 미미한 내측회전 모멘트가 작용하는 것으로 나타났다. 이는 골프스윙의 특성상 체중이 왼쪽으로 이동되는 특징을 나타낸 것으로 판단된다.
- [Figure 8]에 제시된 좌측 고관절은 제 1국면에서 X축을 중심으로 신전 방향의 모멘트가 급격하게 감소하는 형태로 작용한 반면에 Y축을 중심으로 한 회전은 내전과 외전으로 교호현상이 미미하게 나타났으며, Z축을 중심으로 한 외측회전은 급격하게 줄어드는 특성을 보였다. 제 2국면에서 Y축, 제 3국면에서는 X축을 중심으로 외전과 굴곡방향 모멘트가 증가하는 것으로 나타났다. 이는 다운스윙 시에 숙련된 골퍼들에게 일어나는 현상으로 선행연구의 결과가 없기 때문에 비교하기는 어렵지만 클럽헤드의 레깅(lagging)을 일으키는 동작으로 클럽 헤드 스피드를 높이기 위한 자연스러운 동작으로 사료된다.
- 이러한 동작은 다운스윙 시에 힙이 타켓 방향으로 움직이면서 나타나는 현상으로, X축(어드레스 시 앞, 뒤쪽으로의 기울임을 말함: forward bending)을 중심으로 한 회전은 상체의 굴곡이 일어나는 것으로 이는 신체 중심을 낮추어 회전을 하기위한 기초 동작으로 판단된다. 제 2국면에서는 X축을 중심으로 한 회전운동은 굴곡방향으로 회전 모멘트가 증가하는 것으로 나타났으며 Y축과 Z축을 중심으로 한 회전운동은 내전과 내측회전 방향의 모멘트가 급격하게 증가하는 것으로 나타났다. 이는 몸통의 빠른 회전을 일으켜 임팩트시에 클럽헤드의 속도를 증가시키는 동작으로 판단되며 제3국면에서 X축을 중심으로 한 회전운동은 굴곡에서 신전으로의 동작변화가 일어나는데 이는 몸통의 빠른 회전을 피니쉬 자세로 원활하게 하기위한 연결동작으로 사료된다.
- 또한 Z축을 중심으로 한 회전은 모멘트가 미미한 특성을 나타냈다. 제 3국면에서 X축을 중심으로 한 회전은 굴곡이 증가하는 방향으로 Y축과 Z축을 중심으로 한 회전은 미미한 모멘트를 나타났다. [Figure 8]에 제시된 좌측 고관절은 제 1국면에서 X축을 중심으로 신전 방향의 모멘트가 급격하게 감소하는 형태로 작용한 반면에 Y축을 중심으로 한 회전은 내전과 외전으로 교호현상이 미미하게 나타났으며, Z축을 중심으로 한 외측회전은 급격하게 줄어드는 특성을 보였다.
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