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[국내논문] 로드셀을 이용한 컬링 스위핑 힘 측정 장치 개발
Development of a force measurement device for curling sweeping with load cells 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.8 no.11, 2017년, pp.49 - 56  

이상철 (한국스포츠개발원) ,  김태완 (한국스포츠개발원) ,  길세기 (한국스포츠개발원) ,  최상협 (고려대학교)

초록
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컬링 스위핑 동작은 컬링 스톤의 위치를 조절하는 중요한 동작 중 하나이며, 스위핑 속도와 브룸 패드에 가해지는 힘이 중요한 연구 대상이다. 본 연구에서는 컬링 스위핑 동작에서 컬링 브룸 패드에 가해지는 힘을 측정할 수 있는 장비를 개발하였으며, 두 개의 로드셀을 브룸 패드와 패드 홀더 사이에 장착하는 구조를 이용하였다. 로드셀에서 발생되는 아날로그 신호는 마이크로 제어기를 이용하여 초당 약 300회의 속도로 샘플링을 수행한 후 10 bit 디지털 신호로 변환하였다. 3개의 M1 급 분동을 이용하여 로드셀의 교정과 측정된 전기 신호를 질량(힘)으로 환산하는 회귀 방정식을 추출하였으며, 브룸의 무게 증가를 최소화하기 위해서 웨어러블 장비로 구성하였다. 스포츠 분야에서 힘 측정 시 기준 장비로 사용하는 지면 반력기와 개발된 장비에 동일한 힘을 가하면서 측정된 측정값 차이는 약 $0.909{\pm}1.375N$ (평균과 표준 편차)로 측정되었다. 개발된 장비는 스위핑 동작과 유사한 힘 측정을 필요로 하는 다른 종류의 연구에도 적용이 가능할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Curling sweeping is one of important motion to control the position of the curling stone, and sweeping speed and applied force to the broom pad are major research subjects. In this study, a device was developed to measure the force applied to the curling broom pad in curling sweeping motion, and two...

주제어

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문제 정의

  • 따라서 현장 운영이 편리하면서 이동시 스위핑 관련된 데이터를 수집할 수 있도록 기 개발된 장비의 소형화가 요구되었으며, 실제 얼음 위에서 컬링선수들이 스위핑 시 휴대가 가능한 스위핑 힘 측정 장비의 개발이 필요하였다. 따라서 본 연구에서는 기 개발한 장비의 일부 기능을 제거하고, 현장에서 휴대가 가능한 스위핑 브러쉬의 수직 방향 힘을 측정할 수 있는 장비를 개발 하였다.
  • 본 연구에서는 컬링 스위핑 동작의 힘 데이터 수집에 필요한 측정 장치의 개발을 위해서 상용 부품들을 이용한 하드웨어를 구성하고, 측정된 신호의 수집 및 처리에 필요한 소프트웨어를 구성하였다. 개발된 장비의 측정데이터 검증을 위하여 측정된 데이터를 지면 반력기와 비교한 결과 힘 측정에서 약 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
컬링은 어떤 스포츠인가? 컬링(curling)은 소치 동계올림픽을 계기로 국내에 널리 알려지기 시작한 동계 스포츠 종목의 하나이며, 얼음과 스톤(stone) 및 브러쉬(brush)사이의 복잡한 물리적인 현상을 이용하는 경기이다. 물리적인 현상 이외에 인적 요소인 선수의 경기력과 관련하여 컬링 경기의 승패에 영향을 주는 요인으로, 얼음의 상태를 파악하는 능력, 스톤의 웨이트(속도)를 조절하는 능력, 스위핑 능력 및 작전구사능력 등이 있는 것으로 알려져 있다[1].
컬링 경기의 승패에 영향을 주는 요인은 무엇인가? 컬링(curling)은 소치 동계올림픽을 계기로 국내에 널리 알려지기 시작한 동계 스포츠 종목의 하나이며, 얼음과 스톤(stone) 및 브러쉬(brush)사이의 복잡한 물리적인 현상을 이용하는 경기이다. 물리적인 현상 이외에 인적 요소인 선수의 경기력과 관련하여 컬링 경기의 승패에 영향을 주는 요인으로, 얼음의 상태를 파악하는 능력, 스톤의 웨이트(속도)를 조절하는 능력, 스위핑 능력 및 작전구사능력 등이 있는 것으로 알려져 있다[1].
실제 얼음 위에서 컬링선수들이 스위핑 시 휴대가 가능한 스위핑 힘 측정 장비의 개발이 필요한 이유는 무엇인가? 국내에서도 스위핑 속도, 스위핑 거리, 패드에 가해지는 힘 및 얼음표면 온도를 동시에 측정 할 수 있는 장비를 개발하였으나[19], 개발된 장비는 고정식으로 제작되어 선수들이 직접 이동하면서 얻어지는 스위핑 데이터는 수집할 수 없었다. 또한 열화상 카메라, 선형 엔코더(wire encoder)와 컴퓨터 등으로 시스템을 구성하여, 정밀한 측정은 가능하나 현장 운영이 쉽지 않은 문제점 등이 있었다. 따라서 현장 운영이 편리하면서 이동시 스위핑 관련된 데이터를 수집할 수 있도록 기 개발된 장비의 소형화가 요구되었으며, 실제 얼음 위에서 컬링선수들이 스위핑 시 휴대가 가능한 스위핑 힘 측정 장비의 개발이 필요하였다.
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참고문헌 (23)

  1. Korea Curling Federation. Advanced Instruction and Introduction to Coaching/Umpire Course, 2014. 

  2. Buckingham, M-P, Marmo, B. A., & Blackford, J. R. "Design and use of an instrumented curling brush", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials Design and Applications, Vol 220, No, 4, pp. 199-205, 2006. 

  3. Derek, K. & Tracy, A. "Directional accuracy of the delivery in competitive curlers", 30th Annual Conference of Biomechanics in Sports, Vol 1, No, 1, pp. 350-353, 2012. 

  4. Denny, M. "Curling rock dynamics", Canadian Journal of Physics, Vol 76, No, 4, 295-304, 1999. 

  5. Harrington, E. L. "An experimental study of the motion of curling stone", Transaction of the Royal Socienty of Canada 18: pp. 247-59(section III), 1924. 

  6. Hitoshi Yanagi, Katsumi Miyakoshi, Masatoshi Fukuoka & Noriyuki Yamamoto. "Development of curling brush for measuring force exerted during sweeping", 30th Annual Conference of Biomechanics in Sports, Vol 1, No, 1, pp. 354-356, 2012. 

  7. Jensen, E. T., Shegelski, M. R. A. "The motion of curling rocks: experimental investigation and semiphenomenological description", Canadian Journal of Physics, Vol 82, No, 10, pp. 791-809, 2004. 

  8. Marmo, B. A., Farrow, I. S., Buckingham, M-P., & Blackford,J. R. "Frictional heat generated by sweeping in curling and its effect on ice friction", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials Design and Applications, Vol 220, No, 4, pp. 189-197, 2006. 

  9. Maeno N. "Curl Mechanism of a Curling Stone on Ice Pebbles", Bulletin of Glaciological Research, Vol 28, pp1-6, 2010. 

  10. Penner, R. A. "The physics of sliding cylinders and curling rocks" American Journal of Physics, Vol 69, No, 3, pp. 332-339, 2001. 

  11. Shegelski, M. R., Niebergall, R., and Watton, M. A. "The motion of a curock", Canadian Journal of Physics, Vol 74, No, 9-10, pp. 663-670, 1996. 

  12. H. K. Kim, & K. S. Yoo.,"A Study of Plantar Pressure Distribution in the Propulsive and Sliding Phase during Curling Delivery", The korean Journal of Physical Education, Vol 45, No, 1, pp. 725-734, 2006. 

  13. T. H. Kim., Y. J. Moon., J. H. Song., S. C. Lee., S. K. Kil., & J. H. Moon., "Comparative Analysis of the Change CoM Displacement, CoM Velocity and Foot-Pressure in Draw and Takeout Curling Skills", Korean Journal of Sport Science, Vol 25, No, 2, pp. 268-278, 2014. 

  14. Y. S. Kim., & K. K. Cho., "The kinematic Analysis of Delivery Motion in Curling Game", The korean Journal of Physical Education, Vol 44, No, 1, pp. 331-340, 2005. 

  15. K. S. Yoo., "A Study on ROM of lower limbs and loading response for control ability of sliding in Curling delivery", The Korea Journal of Sport Science, Vol 16, No, 1, pp. 609-621, 2007. 

  16. K. S. Yoo., "Influence of the Speed Control on Regulation of Posture and Factor of Loading Foot Pressure following Inverse Pendulum Model in Curling" Journal of Sport and Leisure Studies, Vol 36, pp. 737-746, 2009. 

  17. K. S. Yoo., Kim, H. K., & Park, J. H. "A Biomechanical Assessment of the Sliding Motion of Curling Delivery in Elite and Subelite Curlers" Journal of Applied Biomechanics, Vol 28, No, 6, pp. 694-700, 2012. 

  18. Bradley, J. L. "The sports science of curling: A practical review. Journal of Sports Science and Medicine", Vol 8, No 4, pp. 495-500, 2009. 

  19. T. W. Kim, S. C. Lee., Y. J. Moon, S. K. Kil., J. H. Song., H. K. Kim., & K. S. Yoo., "Curling Gold Project", Research report of Korea Institute of Sport Science, 2013. 

  20. Yanagi, H., Miyakoshi, K., Fukuoka, M., & Yamamoto, N. "Development of curling brush for measuring force exerted during sweeping", 30th Annual Conference of Biomechanics in Sports, Vol 1, No, 1, pp. 354-356, 2012. 

  21. Anne-Marie Kietzig. Microscopic ice friction. Ph. D. Dissertation. The University of British Columbia, 2010. 

  22. D'Ausilio, A. "Arduino: A low-cost multipurpose lab equipment", Behavior research methods, Vol 44, No, 2, pp. 305-313, 2012. 

  23. Teikari, P., Najjar, R. P., Malkki, H., Knoblauch, K., Dumortier, D., Gronfier, C., & Cooper, H. M. "An inexpensive Arduino-based LED stimulator system for vision research", Journal of neuroscience methods, Vol 211, No,2, pp. 227-236, 2012. 

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