동역학 모델 기반 미 측정 골프 스윙 모션 추정 기법 연구

Abstract

골프 스윙을 분석하고 향상시키기 위해 효율적인 골프 스윙 방법 및 자세를 생체역학적 모델을 통해 분석하고 이를 실제 스윙에 적용하는 연구들이 진행되고 있다. 현재 스윙 분석을 위해 사용되는 모션 측정 장비 중 관성 센서 기반의 착용 형 모션 측정 시스템은 넓은 공간, 제한적 장소, 고비용의 장비 등의 단점을 가지고 있는 기존의 광학식 모션 측정 시스템을 극복 할 수 있는 대안으로 최근 주목 받고 있다. 하지만 착용 편의성을 높이기 위해서는 센서의 개수와 사이즈의 감소가 필요하고, 이는 수집되는 모션 데이터의 감소를 수반하므로 편의성과 데이터 유효성 간의 대립관계가 존재하게 된다. 본 연구에서는 제한된 센서의 측정 정보로부터 인체의 동작을 추정하기 위해 선행연구에서 사용한 기구학적 모델 혹은 통계적 모델이 아닌, 인체의 동역학 모델을 사용하여 미 측정 스윙데이터를 추정하는 방법을 제안하였다. 골프의 스윙 동작은 인체에서 발생하는 힘과 운동과의 관계인 동역학적 현상이지만 힘 즉 근력을 발생시키는 데 있어 다수의 근육이 관여하므로 각 관절에서 발생 가능한 힘 즉 관절 토크의 다양한 생성 방법이 존재하고, 골프 스윙이 다 관절의 순차적인 가진이 이루어 지는 복잡한 3차원 동작이라는 점에서 아직까지 역학적 모델을 활용하여 센서 개수와 수집정보간의 대립 요소를 해결하고자 하는 연구는 시도된 바 없다. 이에 본 연구에서는 각 관절 각과 관절 토크 간의 상관관계 분석을 통해 기존의 모델보다 간단하게 스윙 역학이 표현 가능한 관절 토크 모델을 제안하였고, 다 관절 3차원 동작의 복잡성을 해결하기 위해 스윙평면상의 투시 방법을 적용함으로써 결론적으로는 클럽의 그립 한 지점에서의 IMU 센서 등으로부터 측정 가능한 운동 정보 만으로 다운스윙 시 상지의 골프 스윙을 재연하는 방법을 제안하였다. 제안한 스윙 동작 추정 기법을 적용하여 골프 스윙 시 미 측정 스윙 모션의 추정 결과를 보고 하였다. 제안하는 관절 토크 모델을 통한 순방향 동역학 분석결과는 피험자의 스윙 데이터와 높은 상관관계를 보였다. 또한 피험자 별 스윙 평면의 변화를 고찰하였으며, 본 연구에서 제안하는 상체 회전이 고려된 수정된 스윙 평면 분석방법의 타당성을 확인하였다. 또한 제안한 스윙 동작 추정 기법을 클럽 종류의 변화 (드라이버와 7번 아이언) 그리고 숙련도의 차이가 나는 실험 대상자 (프로 및 다양한 핸디캡의 아마추어 골퍼)에 대해 적용한 결과를 보고 하였고, 제안된 모델을 이용하여 추정된 동작 정보 결과를 분석하였다. 측정된 정보와 모델 시뮬레이션을 통해 추정된 동작 정보 결과의 정확성을 분석하고, 추가적으로 추정된 토크 및 스윙 평면 정보 등의 활용 방안에 대해 제안하였다. 결론으로 본 연구는 인체의 동역학적 특성을 이해함으로써 센서로 측정하는 동작의 정보의 양과 질을 증가시킬 수 있는 가능성을 제시하였다고 할 수 있다.