핸드스프링 동작 시 상지 지면반력과 관절 각속도의 시간적 협응 분석 = Analysis of Temporal Coordination between Upper-Limb Ground Reaction Force and Joint Angular Velocity during Handspring Performance

국문 초록 (Abstract)

목적: 본 연구의 목적은 핸드스프링 동작 수행 시 상지 지면반력의 발생 시점과 상지 관절 각속도 간의 시간적 협응 특성을 분석하여 숙련자와 비숙련자의 운동역학적 차이를 규명하는 것이다.
방법: 본 연구의 대상은 핸드스프링 수행이 가능한 숙련자 6명과 비숙련자 6명으로 선정하였으며, 3차원 동작분석장비와 지면반력기를 사용하여 소요시간, 상지 관절의 최대 각속도, 지면반력과 협응 타이밍을 분석하였다. 각대상자는 6회 수행 중 양손 접촉과 착지가 안정적으로 이루어진 성공 동작 3회의 평균값을 분석에 사용하였다.
지면반력은 양손이 지면에 닿는 순간 발생되는 좌·우, 전·후, 수직 성분과 합력(Fr)을 산출하였으며, Fr 최대값과상지 관절 각속도 최대값 간의 시간차 및 교차상관분석을 통해 협응 특성을 알아보았다.
결과: 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 핸드스프링 동작의 소요시간은 모든 구간에서 숙련자가 비숙련자에 비해 짧은 것으로 나타났다. 둘째, 상지 관절의 최대 각속도는 좌·우 어깨관절, 팔꿈치관절, 손목관절모두 숙련자가 비숙련자에 비해 빠른 것으로 나타났다. 셋째, 지면반력은 Fr 최대값이 발생되는 시점을 기준으로 Fy, Fz, Fr에서 숙련자가 비숙련자에 비해 큰 값을 보였다. 넷째, 협응 및 타이밍 분석 결과 숙련자는지면반력과 상지 관절 각속도 간의 시간차가 상대적으로 짧고 교차상관분석에서도 높은 rmax와 작은 lag를보였다. 다만 lag 값은 영상자료의 시간 해상도(100 Hz, 0.01 s)를 고려하여 지면반력의 변화와 상지 관절각속도의 변화가 시간적으로 근접한 경향으로 해석하였다.
결론: 위 내용을 종합해 보면 핸드스프링 수행 능력의 차이는 단순한 힘의 크기만이 아니라 상지 지면반력의발생 시점과 관절 각속도 간의 시간적 정렬 양상과도 관련되는 것으로 판단된다. 그러므로 효율적인 핸드스프링 동작 수행을 위해서는 상지의 지지 및 추진 구간에서 힘의 발현과 관절 움직임의 타이밍을 함께 고려한훈련이 이루어져야 할 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Purpose: The purpose of this study was to analyze the temporal coordination between upper-limb ground reaction force generation and upper-limb joint angular velocity during handspring performance, and to identify biomechanical differences between skilled and unskilled performers.
Methods: Six skilled and six unskilled participants capable of performing a handspring were recruited. Using a three-dimensional motion analysis system and force plates, movement time, peak angular velocity of the upper-limb joints, ground reaction force, and coordination timing were analyzed. Among six trials, the mean value of three successful trials with accurate bilateral hand contact and stable landing was used for analysis. Ground reaction force was calculated from the mediolateral, anteroposterior, vertical components and the resultant force (Fr) generated during bilateral hand contact.
Coordination characteristics were examined by calculating the time lag between peak Fr and peak angular velocity of the upper-limb joints, as well as through cross-correlation analysis.
Results: First, movement time was shorter in the skilled group than in the unskilled group across all phases. Second, peak angular velocity of the upper-limb joints was higher in the skilled group than in the unskilled group for the right and left shoulders, elbows, and wrists. Third, Fy, Fz, and Fr values at the time of peak Fr were higher in the skilled group than in the unskilled group. Fourth, coordination and timing analysis showed that the skilled group had smaller time lags between peak Fr and peak upper-limb joint angular velocity, and higher rmax values with smaller lag values in the cross-correlation analysis. However, because the motion data were sampled at 100 Hz, lag values around 0.01 s should be interpreted as a tendency toward closer temporal proximity within the measurement resolution rather than as evidence of perfect simultaneity.
Conclusion: These findings suggest that differences in handspring performance can be explained not simply by the magnitude of force but also by the temporal coordination structure between the timing of upper-limb ground reaction force generation and joint angular velocity. Therefore, effective handspring training should consider both force generation timing and upper-limb joint movement timing during the support and propulsion phase.