Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 16, No. 4 pp. 2899-2905, 2015 http://dx.doi.org/10.5762/kais.2015.16.4.2899 ISSN 1975-4701 / eissn 2288-4688 김상환 1*, 이혜윤 1, 김연덕 1 1 호서대학교토목공학과 Plantar foot pressure distribution depending on ground conditions and shoe type Sang-Hwan Kim 1*, Hye-Yoon Lee 1, Yeon-Deok Kim 1 1 Civil Engineering, Hoseo University 요약본논문은지반조건에따른족저압의압력분포에대한연구이다. 실내화, 실외화, 걷기화, 운동화의네가지카테고리의신발이본연구에사용되었으며, 260mm( 유럽코드 EU40) 를착용하는 45명의 20대남성을대상으로콘크리트, 모래지반에서의실험을실시하였다. 보행시응력과압력의측정은 Techstorm사의 Insole System을사용하여측정하였으며발의발가락, 전족, 중족, 후족네가지영역에서족저압을측정하였다. 연구결과신발과지반조건에따라다른응력및압력의분포를나타냈으며본연구결과는모래지반에서착용가능한신발의개발에유용하게사용될것으로기대된다. Abstract This paper presents is a study on the pressure distribution families low in response to ground conditions. Indoor shoes, outdoor shoes, working shoes, are four categories of shoes sports shoes, has been used in the present study, Concrete to target men in their 20s of 45people wearing the 260mm(Euro Code EU40), the experiments were carried out in the sand ground. Measurement of stress and pressure at the time of walking, Techstorm company Insole System the measured toe of the foot using, foot binding, was the metatarsal, the low pressure come from Fujoku four areas measured. Depending on the shoes and ground conditions findings, the results of this study represents the distribution of other stress and pressure, is expected to be useful in the development of a wearable shoe sand soil Key Words : Gait, Ground area, Ground contact area, Measure area, Plantar pressure, Shoe, Shoe type 1. 서론실내에서의생활이주를이루는현대인들은야외의스포츠활동을통해건강을유지하려노력하고있으며그활동분야가다양해지고있는추세이다. 다양성이증가함에따라전문화된신발들이개발되었고소비자들의선택의폭역시넓어지고있다. 최근사막마라톤은익스트림스포츠로많이알려져있으며사막의접근이용이해짐에따라관광지로도선호도가높아지고있다. 그러나사막이나해변의모래지반에서상용되고있는신발은 일반콘크리트지반에서착용하고있는신발과같으며모래지반에특성화된신발에대해서는시작품및연구사례를찾기힘들다. 신발의기능성향상에대한연구는현재활발히진행중으로보행시지면으로부터충격력을최소화하기위해지면반발력의분포에대한분석이이루어졌으며 [1], 보행시부하위치에따른족저압의중심이동에대한분석 [2] 과신발의종류에따른발바닥부위별압력분포의차이 [3,4,5] 등의보행과신발의상호관계에대한연구가진행되었다. 기존국 내외에서이루어진실험들은유동성이없는일반적인콘크리트지반 본논문은 2013년도호서대학교의재원으로학술연구비지원을받아수행된연구임.(2013-0042) * Corresponding Author : Sang-Hwan Kim(Hoseo Univ.) Tel: +82-41-540-5034 email: kimsh@hoseo.edu Received March 3, 2015 Accepted April 9, 2015 Revised March 24, 2015 Published April 30, 2015 2899
한국산학기술학회논문지제 16 권제 4 호, 2015 에서 [6] 이루어졌으며콘크리트지반과달리모래지반은유동성을가지고있기때문에외부의충격에따른상태의변화를갖게되며변화된지반에따라신체의접촉부분과족저압의분포또한달라질것이다. 지면의변화로인한발의하부에전달되는하중의형태, 크기의변화로몸의중심이변하게되고보행시안정성이감소하게되므로불필요한신체의움직임이발생하게될것으로판단된다. 보행시지반의변화와그에따른족저압의분석을통해모래지반에서의보행을원만하게하는신발의개발이가능할것으로보이며향후신발디자인및구조가지반을중점으로한지반과신발의융합연구에기초적인자료로활용됨과동시에지반공학적관점의기능이추가된신발디자인에고려될수있을것으로기대된다. 2. 연구방법 로무선의인솔형식이다. 신발내부에삽입하여측정하는방식으로 106개의압력센서를통해최대힘, 압력분포를분석하였다. 실험에는밑창이고무재질로되어있으며얇고가벼운소재를사용한실내화, 외부활동을위한두껍고견고한소재의실외화, 걸음에대한충격의흡수와마찰을줄이는기능의걷기화, 가벼운소재미끄럼을막아주는역할을하는운동화네가지종류의신발이사용되었다. 각지반에서신발의착용후각 3회씩측정하였으며오른발의발가락, 전족, 중족, 후족부로나누어분석하였다. 실험에사용된측정장비의사양은다음과같다. Insole System - No. of Sensing Elements : 106 cells(left+right) - Display Resolution : 6 cell/cm2 - Size of Senser : EU40(260mm) 2.1 연구대상자본연구는실험참가에동의한정상발의조건 [7] 을만족하는 25±1세, 평균체중 75kg, 평균신장 172cm의성인남성을대상으로실험참가에대한동의를실시하였 으며정상발의조건은다음과같다. Fig. 1. The shoes used in experiments - 보행시외형상의불편이없음 - 발또는다리에특별한구조적이상이없음 - 티눈, 과잉가골또는병변이없음 - 장시간걷거나서있을때불편, 장애과도한피로등이없음 실험의균질성을위해착용하는신발크기가 260mm 인대상을선정하였으며신체조건에따른형평성을위해한국인의평균일반보행속도를참고하여 4.2km/h의속도를메트로놈을이용하여적용하였다. 실험대상자들의신체적조건을종합하여정리하면다음과같다 [Table 1]. Table 1. General characteristics of the study participants Subjects (n) Height (cm) Weight (kg) Age (yrs) Shoe size (mm,) 45 172±6.3 75±6 23±3 260 2.2 측정장비와자료처리 족저압측정장비는 Techstorm 사의 Insole System 으 Fig. 2. Measure area 2.3 지반조성콘크리트지반과모래지반에서보행시압력분포변화를측정하기위하여실험환경을조성하였다. 모래지반이조성된아크릴토조안쪽을보행하였으며주로에턱이없도록보조발판을이용하여높이를동일하게유지시켰으며콘크리트지반은실험실바닥에서진행되었다. 실험에적용될모래지반의균질성을확보하기위한주문진표준사의상대밀도를만족시키기위해낙하고와강사속도를실험전사전지반조성실험을통해확인하였다. 상대밀도는조립토의조밀한정도를나타내는것으로다음과같이계산된다. 2900
3.1 발가락부위 3.1.1 최대힘 여기서, : 최대로느슨한상태에서의간극비 : 최대로다져진상태에서의간극비 Table 2. Relative density of soil Relative density Dγ (%) 0 15 15 50 50 70 70 85 85 100 Density state very loose loose medium dense very dense 지반조성에사용되는주문진표준사는상대밀도실험결과강사구 4mm에서 30cm의강사높이일때상대밀도 22.6% 로느슨의상태를나타낸다. 상대밀도실험전경 [Fig. 3] 과결과는 [Table 3] 과같다. Fig. 4. Maximum strength of the toe portion 발가락부위에서의최대힘은콘크리트지반 (F=3.2, P=<.05) 과모래지반 (F=3.6, P=<.05) 모두운동화를착용한경우가장크게측정되었으며실내화의경우가장작게나타났다. 3.1.2 평균압력 Fig. 3. Sand rain experiment Table 3. Relative density of construct ground Relative density Dγ (%) Sand rain height(cm) Sand rain hole (4mm) 30 22.60 40 39.95 50 41.96 60 47.46 3. 시험결과및분석 수집된데이터는 ONE-WAY ANOVA 분석을통해통계처리하였다. Fig. 5. Average pressure of the toes 발가락부위에서의평균압력은콘크리트지반 (F=3.6, P=<.05) 과모래지반 (F=10.6, P=<.05) 모두운동화를착용한경우가장크게측정되었으며실내화의경우가장작게나타났다. 2901
한국산학기술학회논문지제 16 권제 4 호, 2015 3.2 전족 3.2.1 최대힘 3.3 중족 3.3.1 최대힘 Fig. 6. The maximum strength of the Bound feet 전족부위에서의최대힘은콘크리트지반 (F=3, P=<.05) 과모래지반 (F=3.1, P=<.05) 중콘크리트지반은실외화가모래지반은걷기화를착용한경우가장크게측정되었으며콘크리트지반은실내화가모래지반은실외화가가장작게나타났다. 3.2.2 평균압력 Fig. 8. The maximum strength of the midfoot 중족부위에서의최대힘은콘크리트지반 (F=3.1, P=<.05) 과모래지반 (F=9.7, P=<.05) 모두실외화를착용한경우가장크게측정되었으며콘크리트지반은실내화가모래지반은운동화가가장작게나타났다. 3.3.2 평균압력 Fig. 7. Average pressure of bound feet 전족부위에서의평균압력은콘크리트지반 (F=2.6, P=<.05) 과모래지반 (F=3.6, P=<.05) 중콘크리트지반은실외화가모래지반은운동화를착용한경우가장크게측정되었으며콘크리트지반은실내화가모래지반은걷기화가가장작게나타났다. Fig. 9. Average pressure of the midfoot 중족부위에서의평균압력은콘크리트지반 (F=3.7, P=<.05) 과모래지반 (F=3.6, P=<.05) 모두실외화를착용한경우가장크게측정되었으며실내화의경우가장작게나타났다. 2902
3.4 후족 3.4.1 최대힘 3.5 신발종류에따른부위별압력 3.5.1 실외화 Fig. 10. The maximum strength of the rearfoot 후족부위에서의최대힘은콘크리트지반 (F=3.2, P=<.05) 과모래지반 (F=4.7, P=<.05) 중콘크리트지반은실외화가모래지반은걷기화를착용한경우가장크게측정되었으며콘크리트지반모래지반모두실내화의경우가장작게나타났다. 3.4.2 평균압력 Fig. 12. Outdoor shoes site-specific pressure 실외화부위별압력은콘크리트지반 (F=2.7, P=<.05) 모래지반 (F=8.2, P=<.05) 중콘크리트지반은후족부위가모래지반은중족부위가크게측정되었으며콘크리트지반모래지반모두발가락부위가가장작게나타났다. 3.5.2 걷기화 Fig. 11. Average pressure of the midfoot 후족부위에서의평균압력은콘크리트지반 (F=3.1, P=<.05) 과모래지반 (F=3.5, P=<.05) 중콘크리트지반은실외화가모래지반은걷기화를착용한경우가장크게측정되었으며콘크리트지반은걷기화가모래지반은실내화가가장작게나타났다. Fig. 13. Walking shoes site-specific pressure 걷기화부위별압력은콘크리트지반 (F=2.8. P=<.05) 모래지반 (F=4.8, P=<.05) 모두후족부위가가장크게측정되었으며콘크리트지반은발가락모래지반은전족부위가가장작게나타났다. 2903
한국산학기술학회논문지제 16 권제 4 호, 2015 3.5.3 운동화 과모래지반에서의보행시신발의종류에따른족저압의분포를측정하여지반과발의상호관계를비교분석하였으며다음과같은결론을얻었다. Fig. 14. Sports shoes site-specific pressure 운동화부위별압력은콘크리트지반 (F=2.7, P=<.05) 모래지반 (F=5.4, P=<.05) 모두발가락부위가가장크게측정되었으며후족부위의경우가장작게나타났다. 1. 실외화는외부에서신는신발로몸을지탱할수있도록전족, 중족, 후족부위의최대힘, 평균압력, 부위별압력이크게나타남을알수있다. 2. 걷기화는걷는데무리가없도록발가락, 전족, 중족, 후족, 모든부위의최대힘, 평균압력, 부위별압력이고루분산됨을알수있다. 3. 운동화는활동적특성을고려하여지면반발력이크게나타나도록다른종류의신발보다발가락부위의최대힘, 평균압력, 부위별압력이크게나타남을알수있다. 4. 실내화는발가락, 전족, 중족, 후족, 모든부위의최대힘, 평균압력, 부위별압력이고루분산됨을알수있다. 3.5.4 실내화 연구결과지반의상태에따라각각의특성을가진신발들의발부위에따른족저압분산효과가상이한것을확인할수있었다. 따라서보행시지반의거동에따른족저압의분포와신발의변형률에따른상호관계에대한연구가이루어진다면모래지반에적합한신발의개발에도움이될것으로기대된다. References Fig. 15. Indoor shoes site-specific pressure 실내화부위별압력은콘크리트지반 (F=2.7, P=<.05) 모래지반 (F=3.2, P=<.05) 중콘크리트지반은후족부위가모래지반은전족부위가가장크게측정되었으며콘크리트지반모래지반모두중족부위가가장작게나타났다. 4. 결론본연구는성인남성 45명을대상으로콘크리트지반 [1] Moon, Y. J. Kinetic analysis trend for develop high performance sport shoes, Korean Journal of Sport Science, Vol.90 No.1, 25-30, 2010. [2] S. J. Park, J. S. Kim, The Analysis of Center of Pressure (COP) Displacement under Loading Position during Walking, Journal of the Korean Society of Physical Medicine, Vol.5 No.1, 15-24, 2010. [3] K. O. Lee, The Effect of Shoe Type on Plantar Pressure Distributions, Journal of Korean Physical Education Association for Girls and Women, Vol.24 No.4, 1-11, 2010. [4] Lee, J. H. Kinetic differences between Normal-design running shoes and spring-loaded running shoes, Korean Journal of Sport Biomechanics, Vol.19 No.3, 581-592, 2009. 2904
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