선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 여러 선행연구에서 최적의 안장 높이로 제안한 하사점에서 25°의 무릎 각도가 되는 안장 높이를 최적의 안장높이로 가정하고, 선행연구(Tamborindeguy & Bini, 2011)에서 사용한 대전자 높이의 97, 100, 103%와 비교하여 실제 3%의 작은 변화가 동일한 파워와 분속수의 조건에서 무릎하중이 아닌 페달반력 효율성에 미치는 영향을 확인하고자 하였다.
- 본 연구에서는 안장높이 결정방법이 페달반력에 미치는 영향을 살펴보았다. 그 결과, 여러 가지 안장높이 결정방법들 중에서 무릎각도법 25°에 해당하는 안장높이로 설정 하는 것이 페달링 효율성의 관점에서 가장 효율적인 것으로 확인되었다.
- 본 연구에서는 자전거 페달링 시 안장높이에 따른 페달 반력의 효율성을 확인하고 이를 통해 적정 안장높이를 알아보고자 하였다.
제안 방법
- 페달반력 데이터에서 페달의 전후 힘(anterior-posterior force)과 수직 힘(normal or vertical force)의 벡터합(sum vector)으로 시상면에서 페달에 가해지는 총 힘인 RF를 산출하였다. 3차원 동작데이터 중 페달과 크랭크 중심에 부착한 반사마커의 위치데이터를 이용하여 페달각 및 크랭크각을 산출하였으며, RF의 값에서 내적(inner product)을 이용하여 크랭크에 수직으로 가해지는 힘인 EF를 계산하였다(Figure 2). 또한 RF와 EF의 비율로 나타내는 페달반력 효율성 인덱스 IE를 구하여 안장높이 결정방법에 따른 비교분석을 수행하였다.
- 대전자법은 피험자의 신체계측을 실시하여 대전자 높이를 구하였으며, 대전자 높이의 97, 100, 103% (T97, T100, T103) 세 가지 안장높이를 결정하였다(Tamborindeguy & Bini, 2011).
- 데이터의 잡음 (noise)을 제거하기 위해 3차원 동작데이터는(sampling frequency: 120 Hz) 2차 Butterworth 필터(2nd order zero-lag Butterworth filter)를 이용하여 6 Hz 차단 주파수(cut-off frequency)로 처리하였고, 페달반력 데이터는(sampling frequency: 1000 Hz) 4차 Butterworth필터를 이용하여 4Hz 차단 주파수로 처리하였다(Bini, Dieferthaeler, & Mota, 2010).
- 3차원 동작데이터 중 페달과 크랭크 중심에 부착한 반사마커의 위치데이터를 이용하여 페달각 및 크랭크각을 산출하였으며, RF의 값에서 내적(inner product)을 이용하여 크랭크에 수직으로 가해지는 힘인 EF를 계산하였다(Figure 2). 또한 RF와 EF의 비율로 나타내는 페달반력 효율성 인덱스 IE를 구하여 안장높이 결정방법에 따른 비교분석을 수행하였다.
- 5 cm) 을 대상으로 하였다(Table 1). 모든 피험자는 실험 수행 전 실험 방법을 충분히 숙지한 후 실험동의서를 작성하였다.
- 모든 피험자는 본 실험에 앞서 스트레칭 뒤 10분간의 warm-up을 수행하였다. 이후 설정된 안장높이에 따라 각 3분간 2회 최대한 동일한 분속수(60 RPM)를 유지하도록 페달링을 수행하였다.
- 페달링 국면별 분석을 위해 모든 페달반력 데이터를 처리하여 1국면에서 4국면까지(Phase 1: 330-30°, Phase 2: 30-150, Phase 3: 150-210°, Phase 4: 210- 330°) 4가지로 나누어 비교하였다(Dorel et al, 2010; Figure 3).
- 데이터의 잡음 (noise)을 제거하기 위해 3차원 동작데이터는(sampling frequency: 120 Hz) 2차 Butterworth 필터(2nd order zero-lag Butterworth filter)를 이용하여 6 Hz 차단 주파수(cut-off frequency)로 처리하였고, 페달반력 데이터는(sampling frequency: 1000 Hz) 4차 Butterworth필터를 이용하여 4Hz 차단 주파수로 처리하였다(Bini, Dieferthaeler, & Mota, 2010). 페달반력 데이터에서 페달의 전후 힘(anterior-posterior force)과 수직 힘(normal or vertical force)의 벡터합(sum vector)으로 시상면에서 페달에 가해지는 총 힘인 RF를 산출하였다. 3차원 동작데이터 중 페달과 크랭크 중심에 부착한 반사마커의 위치데이터를 이용하여 페달각 및 크랭크각을 산출하였으며, RF의 값에서 내적(inner product)을 이용하여 크랭크에 수직으로 가해지는 힘인 EF를 계산하였다(Figure 2).
- 따라서 본 연구에서는 여러 선행연구에서 최적의 안장 높이로 제안한 하사점에서 25°의 무릎 각도가 되는 안장 높이를 최적의 안장높이로 가정하고, 선행연구(Tamborindeguy & Bini, 2011)에서 사용한 대전자 높이의 97, 100, 103%와 비교하여 실제 3%의 작은 변화가 동일한 파워와 분속수의 조건에서 무릎하중이 아닌 페달반력 효율성에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 평가 변인은 페달에 작용하는 총 힘인 RF (resultant force), 크랭크에 수직으로 작용하는 힘인 EF (effective force), 그리고 RF와 EF의 비율로 나타내는 페달반력 효율성 지수인 IE (index of effectiveness)이며, 안장높이에 따른 국면 별 페달반력을 살펴보았다.
대상 데이터
- 3분간의 최대하 페달링 수행 시 획득 된 모든 데이터는 전후의 30초 구간을 제외하고 안정적인 페달링이 수행되는 2분간의 데이터를 분석에 사용하였다. 데이터의 잡음 (noise)을 제거하기 위해 3차원 동작데이터는(sampling frequency: 120 Hz) 2차 Butterworth 필터(2nd order zero-lag Butterworth filter)를 이용하여 6 Hz 차단 주파수(cut-off frequency)로 처리하였고, 페달반력 데이터는(sampling frequency: 1000 Hz) 4차 Butterworth필터를 이용하여 4Hz 차단 주파수로 처리하였다(Bini, Dieferthaeler, & Mota, 2010).
- 본 연구의 피험자는 신체 근골격계에 이상이 없고 정상적인 페달링이 가능한 성인 남성 10명(나이: 24.0±2.4세, 키: 175.1±5.4 cm, 체중: 69.3±11.1 kg, Inseam: 77.8±4.5 cm) 을 대상으로 하였다(Table 1).
- 페달링 시 페달반력 데이터의 획득은 자체 제작된 3축 페달반력 페달을 사용하였다(히스테리시스: ±0.5%, 비선형성: ±0.5%; Lee et al., 2014).
데이터처리
- 모든 변인의 분석에는 MATLAB. v7.7 (Mathworks, USA)을 사용하였으며 안장높이 별 통계적인 유의차 확인을 위해 SPSS v19 (SPSS, USA)를 사용하여 반복측정 ANOVA (repeated measure ANOVA)를 수행하였으며 사후 집단 간 비교를 위해 bonferroni의 다중비교를 수행하였다. 통계적 유의수준은 α=.
이론/모형
- 안장높이 결정방법은 대전자법과 무릎각도법을 사용하였다. 대전자법은 피험자의 신체계측을 실시하여 대전자 높이를 구하였으며, 대전자 높이의 97, 100, 103% (T97, T100, T103) 세 가지 안장높이를 결정하였다(Tamborindeguy & Bini, 2011).
- , 2014). 일정한 페달링 속도 및 파워를 유지하기 위해 사이클 트레이닝 프로그램인 I-Magic trainers (Tacx, Netherlands)와 SRM파워미터(SRM, Germany)를 사용하였다.
- 모든 실험은 선수들의 기존 사이클과 동일한 페달링을 수행할 수 있는 고정형 사이클에서 수행되었다(Bae, Choi, Kang, Seo, & Tack, 2012). 페달과 크랭크의 각도를 획득하기 위해 적외선 카메라 6대로 구성된 3차원 동작 분석 시스템(Motion Analysis, USA)을 사용하였다. 페달링 시 페달반력 데이터의 획득은 자체 제작된 3축 페달반력 페달을 사용하였다(히스테리시스: ±0.
성능/효과
- 페달반력 효율성은 전체구간에서 유의한 차이가 나타났으며 세부적으로 T97과 K25, T100과 T103에서 안장높이가 증가함에 따라 페달반력 효율성이 유의하게 증가하였다.
- 이는 페달반력 효율성을 나타내는 IE의 값에도 영향을 주어 결과적으로 K25의 안장높이에서 페달링 효율성이 증가하였다고 판단된다. 2국면의 결과는 IE에서 통계적으로 유의한 차이를 나타냈으며 T97에 비해 K25에서 유의하게 증가하였다. RF와 EF에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 하사점을 지나는 운동으로 모든 하지관절이 최대로 신전되는 구간은 3국면의 결과에서는 페달 힘 효율성, RF, EF 모두 통계적인 유의차를 나타내지 않았다. 4국면의 결과에서는 IE와 RF에서 유의한 차이를 발견하지 못했지만 EF에서 유의한 차이를 나타냈으며 T100에 비해 T103에서 유의하게 증가하였다. 실제 크랭크에 가해지는 힘이 이상적인 힘의 방향에 반대로 작용하는 구간인 4국면은 효과적인 페달링을 위해 반대로 작용하는 힘을 최소화 하는데 의미가 있다(Zameziati et al.
- 안장높이에 따른 RF의 결과는 (Figure 4)와 같다. RF는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았으나 1국면을 제외한 모든 구간에서 안장높이가 낮을수록 높아지는 경향을 나타내었다.
- 전체구간에서 IE는 안장높이가 증가함에 따라 유의하게 증가하였다. RF와 EF는 통계적으로 유의한 차이가 없었으나 안장높이가 증가함에 따라 인체에서 페달에 가해지는 힘인 RF는 감소하는 추세를 보였으며 실제 페달을 회전시키는 힘인 EF는 증가하는 경향을 보였다. 이와 같은 결과는 RF와 EF의 비율로 나타내는 페달반력의 효율성 인덱스 IE의 값에 영향을 주었다.
- 결과적으로 안장높이 결정방법에 따른 IE의 비교 결과에서 상대적으로 높은 안장높이에서 페달링 효율성이 증가함을 보였으며 대전자법에 비해 무릎각도법이 상대적으로 더욱 효율적인 것으로 나타났다. 국면별 비교에서도 3국면을 제외한 1,2,4 국면에서 무릎각도법을 이용한 K25의 안장높이가 대전자법을 이용한 안장높이에 비해 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 결과적으로 안장높이 결정방법에 따른 IE의 비교 결과에서 상대적으로 높은 안장높이에서 페달링 효율성이 증가함을 보였으며 대전자법에 비해 무릎각도법이 상대적으로 더욱 효율적인 것으로 나타났다. 국면별 비교에서도 3국면을 제외한 1,2,4 국면에서 무릎각도법을 이용한 K25의 안장높이가 대전자법을 이용한 안장높이에 비해 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 안장높이 결정 방법에 따른 페달링 수행능력을 비교하여 무릎각도법의 우수함을 나타낸 최근의 선행연구(Seo et al.
- 페달반력 효율성은 전체구간에서 유의한 차이가 나타났으며 세부적으로 T97과 K25, T100과 T103에서 안장높이가 증가함에 따라 페달반력 효율성이 유의하게 증가하였다. 국면별 페달반력 효율성은 1국면과 2국면에서 유의한 차이가 나타났으며, T97보다 K25에서 유의하게 증가하였다. 3국면과 4국면에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 그 결과, 여러 가지 안장높이 결정방법들 중에서 무릎각도법 25°에 해당하는 안장높이로 설정 하는 것이 페달링 효율성의 관점에서 가장 효율적인 것으로 확인되었다.
- 더욱 세분화된 비교를 위해 국면별로 확인한 결과에서 1국면의 RF는 안장높이에 따른 유의한 차이가 나타나지 않았지만 IE와 EF에서는 통계적으로 유의한 차이를 보였 다. 즉, 페달에 가한 힘은 차이가 없었지만 페달이 받게되는 힘에는 차이가 있었다.
- 3로 안장높이가 증가할수록 유의하게 감소하여 상사점에 가까워지는 결과를 확인하였다. 따라서 상사점에서 수직 힘의 빠른 변환은 EF의 값에 영향을 주었고 상대적으로 낮은 안장높이에서 EF의 값이 음을 나타낸 반면, 높은 안장높이에서 양의 값을 나타냈다. 이는 페달반력 효율성을 나타내는 IE의 값에도 영향을 주어 결과적으로 K25의 안장높이에서 페달링 효율성이 증가하였다고 판단된다.
- 2국면에서의 페달링은 가장 많은 힘을 내는 구간으로 실제 자전거가 추진함에 있어 가장 높은 비중을 차지하며 페달링 시 가장 이상적인 힘의 방향이 나타나는 구간이기도 하다(Zameziati, Mornieux, Rouffet, & Belli, 2006). 따라서 안장높이에 따른 IE의 증가는 페달링 효율성에서 큰 의미가 있다고 사료되며 상대적으로 높은 안장높이에서의 페달링이 힘의 손실을 최소화하여 효과적인 페달링을 수행하였다고 판단할 수 있다. 하사점을 지나는 운동으로 모든 하지관절이 최대로 신전되는 구간은 3국면의 결과에서는 페달 힘 효율성, RF, EF 모두 통계적인 유의차를 나타내지 않았다.
- , 2006). 따라서 안장높이의 증가에 따라 IE의 유의한 차이는 없었지만 EF의 값은 통계적으로 유의하게 감소하므로 상대적으로 높은 안장높이가 반대로 작용하는 힘을 최소화 하는 데 있어 효율적이라고 할 수 있다.
- 세부적으로 1국면에서는 T97보다 K25에서 더욱 높았으며 4국면에서는 T100 보다 T103에서 유의하게 높았다. 또한 1국면과 4국면 모두 안장높이가 높아질수록 증가하는 추세를 보였다. 2국면과 4국면에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 모든 피험자는 본 실험에서 60 RPM의 속도를 최대한 유지하도록 하였고, 실제 결과에서도 평균 파워와 분속 수 모두 유의한 차이가 나타나지 않았다(Table 2). 이는 정확 한 통제에 의한 동일한 조건에서 실험이 수행되었음을 의미한다.
- 본 연구에서 추가적으로 크랭크를 기준으로 (0: 상사점, 180: 하사점) 고관절의 최저 각도 시점을 확인한 결과, T97은 17.6±2.6, T100은 17.1±1.7, T103은 16.1±2.8, K25는 14.9±4.3로 안장높이가 증가할수록 유의하게 감소하여 상사점에 가까워지는 결과를 확인하였다.
- 따라서 상사점에서 수직 힘의 빠른 변환은 EF의 값에 영향을 주었고 상대적으로 낮은 안장높이에서 EF의 값이 음을 나타낸 반면, 높은 안장높이에서 양의 값을 나타냈다. 이는 페달반력 효율성을 나타내는 IE의 값에도 영향을 주어 결과적으로 K25의 안장높이에서 페달링 효율성이 증가하였다고 판단된다. 2국면의 결과는 IE에서 통계적으로 유의한 차이를 나타냈으며 T97에 비해 K25에서 유의하게 증가하였다.
- 따라서 안장높이에 따른 IE의 증가는 페달링 효율성에서 큰 의미가 있다고 사료되며 상대적으로 높은 안장높이에서의 페달링이 힘의 손실을 최소화하여 효과적인 페달링을 수행하였다고 판단할 수 있다. 하사점을 지나는 운동으로 모든 하지관절이 최대로 신전되는 구간은 3국면의 결과에서는 페달 힘 효율성, RF, EF 모두 통계적인 유의차를 나타내지 않았다. 4국면의 결과에서는 IE와 RF에서 유의한 차이를 발견하지 못했지만 EF에서 유의한 차이를 나타냈으며 T100에 비해 T103에서 유의하게 증가하였다.
후속연구
- 그 결과, 여러 가지 안장높이 결정방법들 중에서 무릎각도법 25°에 해당하는 안장높이로 설정 하는 것이 페달링 효율성의 관점에서 가장 효율적인 것으로 확인되었다. 따라서, 무릎각도법 25°에 해당하는 대전자 높이의 103.7%의 안장높이로 페달링을 수행할 것을 제언한다.
- 즉, 안장높이 결정방법에 있어 무릎각도 25도를 기준으로 한 안장높이 결정방법이 페달과 크랭크에 전달되는 힘의 효율성 측면에서는 최적의 안장 높이라고 할 수 있겠다. 또한 25도에 해당하는 안장높이를 측정하기에는 어려움이 있으므로 대전자법을 사용할 경우 무릎각도 25도에 해당하는 대전자 높이의 103.7%의 안장 높이 사용을 제언하는 바이다(Table 1).
- 이처럼 최근의 연구 결과로는 수행능력 및 부상방지 측면에서 무릎각도법 중 25°의 무릎각도로 안장높이를 설정하는 것이 우수하다고 평가되고 있다. 하지만 대부분의 연구에서는 근활성화, 산소소비량과 같은 일반적인 평가변인 결과만을 근거로 무릎각도법을 권장하고 있으므로, 실제 페달에 가해지는 힘을 확인하여 효율적 페달링 수행에 대한 세밀한 평가 및 추가적인 근거를 제시할 필요가 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.