블로그에도 동시에 올릴 내용이라 편의상 경어체로 작성합니다.

 

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1. S=VT

거리 = 속력 * 시간. 속력에 시간을 곱하면 거리가 나온다. 이는 초등학생조차 알고 있는 사실이 아닌가?

시간 측정 시작점과 끝점을 지정한 뒤 두 지점을 통과하는 시간과 거리를 구하면 끝.

 

그 어떠한 특수 도구 없이 시계만으로 측정할 수 있다는 점이 장점이지만, 구간 / 순간 속도를 도출하기 어렵다는 특징이 있다. 

측정을 위한 시계의 정밀도, 측정 시작 및 끝점에서의 정밀도가 중요해진다. 캐주얼하게 사용하려면 나쁘지는 않지만 정확도를 높이기 위해서는 기하급수적인 MONEY를 투자해야 힐 것이다.

 

 

2. 마그네틱 스위치 방식

이걸 뭐라 하는지 정확한 명칭을 까먹었는데, 저가형 자전거 속도계에 자주 적용되는 방식이다. 한 바퀴 회전할 때마다 자석이 스위치를 작동시키면 타이어의 지름에 따라 이동 거리를 산출하는 방식.

 

그 특성상, 측정 대상의 속도와 Refresh Rate가 정확히 비례한다는 특징이 있어, 속도가 빠를수록 값도 빠르게 업데이트된다. 따라서, 자전거에 비해 타이어 지름이 압도적으로 작은 롤러블레이드에서는 빠른 Refresh Rate를 얻을 수 있게 되어 순간 속도를 측정하는데도 문제가 없을 것이다.

 

한 가지 우려되는 점은, 높은 Refresh Rate를 자석식 스위치가 견딜 수 있는가? 앞서 언급했듯, 바퀴의 지름이 작아 스위치 작동 간격이 잛아진다.

비슷한 원리로 사용되는 전자부품이 흔히 릴레이라고 알려진 기계식 계전기인데, 스위치가 내부에서 물리적으로 작동하는 데 걸리는 지연으로 인해 동작 속도가 제한적이라는 점. 따라서 고속 회로에는 잘 쓰지 않는다고 알고 있다.

 

의문을 해결하기 위해, 한번 정량적인 계산을 해BOZA. 작동 방법이 릴레이와 굉장히 유사하므로 실제 릴레이의 예시를 들었지만, 이 계산은 어디까지나 추정일 뿐이며 굉장히 다양한 변수가 있다는 점을 참고하시길.

 

필자가 주로 타고 싸돌아댕기는 프레임에 녹이 뚝뚝 떨어지는 2006년식 메리다 MTB는 29" 700C 규격을 채택하고 있다. 

약 73.66 * π ≒ 231.41cm이므로 1회전시 대략 2.3미터를 이동한다고 볼 수 있다. 36km/h (=10m/s) 로 이동한다고 가정한다면,

 

10m 이동시 = 1초당 4.34바퀴. 약 260RPM. 속도가 두배가 되도 1초당 10바퀴는 안 넘는다. 솔까 자전거로 시속 72 찍을 일도 얼마 없고 10Hz정도면 널럴한 편인듯.

 

한편, 롤러블레이드는 바퀴 지름이 5cm짜리에서 8cm짜리까지 다양하다. 그러므로 약 7cm 정도로 가정하고,

7 * π ≒ 21.9cm이므로 1회전시 약 0.2미터를 이동한다고 보자. 마찬가지로 연산의 편의를 위해 약간의 비현실성을 감안하고 36km/h (=10m/s) 로 굴러간다고 가정한다면,

 

10미터 이동시 = 1초당 50바퀴. 3000RPM. 

 

https://www.eevblog.com/forum/projects/what-is-the-real-max-frequency-of-a-relay/

프로 선수들이라면 시속 36키로는 넘을테니... 이건 쫌 힘들겠다 싶다.

 

 

3. 전자기 유도

 

필자가 어린 시절 타던 킥보드에는 반짝거리는 바퀴가 달려 있었다. 이른바 발광바퀴로, 전자기 유도을 통해 LED를 발광하는 방식이다.

 

여기서 발생하는 전류의 크기는 자연스럽게 속도에 비례하게 되므로, 충분히 속도 측정용으로 사용할 수 있겠다. 발광바퀴에서 LED 빼고 거기 전류계 물린뒤 전류 -> 속도 공식만 입력하면 끝. 원리도 굉장히 심플하며 기존의 기술을 사용할 수 있어 가격 부담도 덜할 수 있겠다. 일반적으로 이런 곳에는 자석 2개 이상을 사용하므로, Refresh Rate도 매우 빨라져서 사실상 연속적으로 속도를 측정할 수 있다는 것이 메리트. 불가능 요소가 없으므로 정량적인 계산은 생략.

 

단점이라면, 측정장비의 무게와 유도 기전력에 의해 구름 저항이 발생할 수 있다는 점. 바닥에서 발이 떨어지면 바퀴가 보다 빠르게 멈추게 되므로...

 

 

4. 바닥 활용

라인 트레이서와 비슷한 방식으로, 바닥면을 스캔하여 동작한다. 이 경우 자석식도 좋지만 가격 대비 성능을 이끌어낼 수 있는 방법은 광학식이 될 수 있겠다.

 

흑백의 무늬를 연속적으로 새긴 뒤 롤러블레이드의 하단에 광센서를 위치시킨다. 빛을 반사하면 1, 그렇지 않으면 0으로 1과 0이 반복하는 속도를 계산한 뒤 속도 계산에 적용시키는 것.

 

전용 트랙을 요구하며, 흑백 사이 간격에 따라 재설정이 필요해질 것이다. 물론 상용화된다면 곧 표준도 생기기 마련이겠지만, 이런 걸 상용화할 사람은 없다. 어떤 미친놈이 속도 재겠다고 트랙을 새로 칠하려고 들 것인가. 게다가 시각적으로도 보기 안 좋지 않겠는가.

 

어쩌면, 롤러블레이드라는 점 그 자체로 인해 구현이 굉장히 어려워질 것이다. 특성상 바퀴가 땅에 계속 붙어있는 것이 아니고 끊임없이 지면과 떨어졌다 붙기를 반복하기 때문에, 지면에서 발을 뗀 순간에는 측정이 완전히 불가능할 것이다. 물론, 속도 측정 회로를 정확히 바닥면을 인식했을 때만 작동시키면 불가능하지는 않을 듯 하다.

 

5. INS

관성 항법 장치 (Inertal Navigation System)의 원리를 적당히 이용하는 것. 일정 이상의 정밀도가 보장된 가속도 센서를 신체에서 가장 흔들리지 않는 부분에 장착하여 측정하는 것.

 

xyz축을 모두 측정할 수 있으며, 롤러블레이드 및 트랙에 장비를 추가하지 않아도 된다는 점이 강점이라고 볼 수 있겠다. 

가속도의 Refresh Rate 조절에 따라 사실상 연속적으로 측정할 수 있으며 3차원 측정이 가능하여 추가 센서 없이 오르막이나 내리막 및 지형을 제한적으로나마 반영할 수 있다. 또한 각종 테크닉도 인식이 가능하니, 가장 좋은 방법 같아 보인다. 센서의 설치는 벨트형 심박계에 같이 장착하면 될 것 같다. 

 

물론 거리 오차 누적은 결코 가벼운 문제가 아니며, 일정 시간마다 보정이 필요하다. 야외라면 GPS를 사용해 보정이 가능하지만 실내에서는 어떻게 할 것인가? 1~3번의 해결책을 보조적으로 사용할 필요성이 있어 보이는데, 이렇게 되면 앞서 언급한 '장비에 센서를 장착할 필요성의 부재' 라는 장점이 하나 날라가버리는 셈이라.

 

 

6. GPS

 

가장 현실적인 방안이 될 수도 있겠다만, 실내 트랙에서는 어떻게 할려고? 끝.

 

 

 

 

근데 롤러스케이트의 속도를 굳이 측정해야만 할 이유가 있을까.....? 생각해 보니 굉장히 잉여롭다.