Research on Impact Sensors for Developing the Electronic Body Protector of Taekwondo

태권도 전자호구 개발을 위한 충격감지 센서 연구

Abstract

This paper proposes the differential development of a Taekwondo electronic body protector. For this development, the most suitable sensor system was selected after analyzing and testing various sensor methods (magnetic sensors, electric capacity sensors, contact switch sensors, and piezo-film sensors) that could be applied in the electronic body protector, the selected sensors were distributed to the body and feet to make a more precise hit score, unlike the existing system in which all sensors are centralized on the body. Furthermore, it aims to illuminate using a lightweight film-type piezoelectric sensor on the body protector. In the case of an existing electronic body protector, all sensors and network device were concentrated on the body protector, so users need to purchase a set if they want it. On the other hand, the proposed system cloud can be used individually using a smart scoring WEP program. The effects of decreasing weight by up to 20% were compared with those of the existing system. Setting up a test facility is very difficult, so more study will be needed to analyze the effects of a hit.

본 연구는 현재의 복잡하며 부정확한 기존의 태권도 전자호구 시스템과 차별화 되는 전자호구 개발을 제안한다. 이를 위해 전자호구에 적용이 가능한 다양한 센서(마그네틱 센서, 전기용량 센서, 접촉식 스위치 방식, 압전필름 센서) 방식에 대하여 시험을 통해 분석하여 차별화된 성능을 가질 수 있는 센서 방식을 제안한다. 제안하는 전자호구의 타격에 대한 정도를 높이기 위해 기존의 몸통호구에만 집약된 광범위한 센서 및 무선 통신 제어 장치를 호구와 손, 발 보호대로 분산하였다. 또한 몸통호구에는 초경량 필름형 압전센서를 통해 몸통호구에 가해지는 충격량을 측정하도록 하여 무게를 경량화 하였다. 기존의 전자호구의 경우 몸통호구에 집약된 센서 및 통신 제어 장치를 개별 장비로 분리하여 사용자가 개별 구입할 수 있도록 스마트 앱을 활용하여 스코어를 확인할 수 있도록 하였다. 개발하는 전자호구의 무게는 약 1kg 이하로 기존 대비 20% 정도 감소되는 효과를 얻었다. 완벽한 시험 환경을 갖추지 못하여 충격량에 대한 효과를 정확하게 분석하지 못한 부분은 본 연구의 보안 사항을 본다.

Fig. 1. Internal structure of existing body protector

Fig. 2. System composition of existing body protectors

Fig. 3. Operating principle of electroic capacity sensors

Fig. 4. Operating principle of contact switch

Fig. 5. Device setting to measure cantilever sensor output

Fig. 6. Oscilloscope results for large impact

Fig. 7. Oscilloscope results for medium impact

Fig. 8. Oscilloscope results for small impact

Fig. 9. Block diagram to measure body piezo-electric film output

Fig. 10. Oscilloscope results for large impact

Fig. 11. Oscilloscope results for medium impact

Fig. 12. Oscilloscope results for small impact

Fig. 13. Zigbee communication test settings

Fig. 14. Zigbee communication radiation(dBm) pattern

Fig. 15. Electronic body protector system diagram

Fig. 16. Mobile scoring APP

Fig. 17. Developed electronic body protector system test

Table 1. Peculiarities per sensor method

Table 2. Zigbee module communication test results

Table 3. MCU specifications