男子羽毛球選手正手殺球動作的生物力學分析

劉剛 紀仲秋 李旭龍

(北京師范大學體育與運動學院 北京 100875)

現(xiàn)代羽毛球運動起源于印度,形成于英國。羽毛球運動是在20世紀初傳入我國的。進入新世紀,我國羽毛球運動水平取得了長足的發(fā)展,中國羽毛球隊在2000年悉尼奧運會上取得了男子單打、女子單打、女子雙打和混合雙打4枚金牌;2004年中國男子羽毛球隊12年后重新奪回湯姆斯杯,中國女子羽毛球隊連續(xù)4年獲得尤伯杯;在2004年悉尼奧運會上中國取得女子單打、女子雙打和混合雙打3項冠軍,中國羽毛球運動全面開花。2008年北京奧運會上中國取得男子單打、女子單打、女子雙打的冠軍。2012年倫敦奧運會更是破紀錄的包攬羽毛球項目全部5個項目的金牌,中國羽毛球隊再次取得輝煌的成績。

羽毛球運動對場地器材要求不高,運動負荷容易調(diào)節(jié)以及少數(shù)人參與的優(yōu)越性而被大眾所接受,它符合不同年齡、不同性別、不同技術(shù)的人進行鍛煉,是一項具有深厚文化底蘊,深受廣大群眾喜愛的體育運動[1]。羽毛球運動能全面鍛煉人的身體,增強人身體機能,無論是專業(yè)羽毛球運動員進行有規(guī)則的比賽,還是業(yè)余羽毛球愛好者進行一般性的健身活動,他們都要在場地上不停地進行跑動、跳躍、轉(zhuǎn)體,合理地運用各種技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)將羽毛球回擊到對手的場地上去。因此,經(jīng)常打羽毛球不僅可以提高上肢、下肢和軀干的肌肉力量,還可以增強鍛煉者心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)的功能。羽毛球基本擊球技術(shù)包括擊高遠球、殺球、吊球、放網(wǎng)前球、搓球、推球、鉤球、撲球、挑高球、平抽球等[2]。羽毛球擊球技術(shù)多種多樣,手臂、手指、手腕等動作上的細微差別會導(dǎo)致球飛行的線路、方向、力度、角度等多方面有很大的不同。殺球具有飛行路線短、弧線直、時間短、下落快的特點,是進攻隊員必須掌握的技術(shù)。殺球的擊球方式有正手、反手和繞頭頂殺球3種,其中正手殺球技術(shù)是其中應(yīng)用最多,也是最有效的殺球方式。

當今羽毛球運動技術(shù)的發(fā)展趨勢以拉吊為主,在比賽中球員獲得殺球的機會變得越來越少,殺球更多的成為比賽得分的“引線”[3]。尤其是在雙打比賽中我們可以看到,扣殺往往是決定比賽主動權(quán)的關(guān)鍵[2]。良好的扣殺技術(shù)可有效的陷對手于被動,打亂對方的步法、站位,破壞對方的戰(zhàn)術(shù),甚至直接得分?？蹥⑹且豁検窒捏w能的技術(shù)動作,如果沒能起到應(yīng)有的效果,則在后續(xù)比賽進程中就會使自己陷入被動。在雙打比賽中,殺球的數(shù)量和殺球的得分率不一定成正比,殺球的得分率不是取決于殺球的數(shù)量,而是取決于殺球的準確性[4]。殺球落點刁鉆,可使對手防守回球的質(zhì)量下降,從而為自己提供更多的封網(wǎng)機會。所以,羽毛球打法的發(fā)展不是降低了殺球技術(shù)的難度,而是對其提出了更高的要求。

本文應(yīng)用三維攝像和表面肌電測定的方法,獲取羽毛球正手殺球動作的運動學數(shù)據(jù),并同步測定參與完成該動作的主要肌肉的放電量。在揭示正手殺球技術(shù)動作基本原理的同時,對羽毛球正手殺球動作的肌肉活性的規(guī)律與特征進行分析,探討做正手殺球動作時,相關(guān)肌肉的用力特征以及影響正手殺球動作速度和質(zhì)量的關(guān)鍵因素,為羽毛球運動的參與者提高技術(shù)水平和避免傷病提供可借鑒的理論依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為3名北師大羽毛球?qū)I(yè)男子運動員,3名運動員熟練掌握正手殺近網(wǎng)球和正手殺遠網(wǎng)球兩種技術(shù)動作。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

按照研究的方向,在中國學術(shù)期刊網(wǎng)上收集有關(guān)羽毛球技術(shù)動作、羽毛球教學和開展狀況方面的文章,并進行相關(guān)資料的收集、整理、分析、提煉,在整理的過程中發(fā)現(xiàn)文獻隱含的規(guī)律性和本質(zhì)性的觀點與認識,充實論文素材。

1.2.2 三維標定及現(xiàn)場拍攝

對場地用PEAK三維框架分別進行標定。在解析時根據(jù)運動員的運動范圍進行標定,保證標定空間能夠滿足動作解析的需要。對標定精度進行測量,保證精度誤差不超過3%滿足本研究的需要。使用兩臺日本JVC GR-DVL9800sH攝像機從場地兩定點同步拍攝運動員動作技術(shù)的錄像,拍攝頻率為100Hz(圖1)[5].

1.2.3 影像解析

對所拍攝到的原始材料,利用軟件進行數(shù)字化處理,應(yīng)用美國Ariel運動生物力學高速解析系統(tǒng),及應(yīng)用系統(tǒng)人體模型22個關(guān)節(jié)點和PEAK框架25個環(huán)節(jié)控制點進行解析。然后對數(shù)據(jù)進行DLT法處理,將二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維數(shù)據(jù),用數(shù)值濾波法進行平滑,解析的過程中截斷頻率為6。運動空間3個軸方向為:運動方向為X,與X軸在水平面上垂直為Y軸,垂直于水平面的軸為Z軸。在解析的剪切圖像過程中,運用兩臺攝像機都能拍到的右腳離地時間設(shè)為時間同步點。(見圖1、圖2)

1.2.4 表面肌電測定

實驗儀器主要是表面肌電測試儀、數(shù)碼攝像機和一次性表面電極,所測試肌群為:尺側(cè)腕屈肌(FCU)、橈側(cè)腕伸肌(ECR)、肱二頭肌(BB)、肱三頭肌(TB)、三角肌前束(AD)、三角肌后束(FD)、胸大肌(PM)、岡下肌(INF)。

肌電是神經(jīng)、肌肉興奮發(fā)放電的結(jié)果,是肌肉運動單位在收縮時所產(chǎn)生的生物電活動的集合。表面肌電(Surface Electromy ogram,SEMG)信號是從皮膚表面通過點擊引導(dǎo)、記錄下來的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動時的一維時間序列信號,其時頻特征與肌肉的活動狀態(tài)和功能狀態(tài)之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)性,能在一定程度上反映神經(jīng)肌肉的活動。由于這種采集技術(shù)簡便易行,無創(chuàng)傷,對技術(shù)動作的干擾小,易于被試者接受,因而在競技體育科學研究方面具有重要的實用價值。

在進行表面肌電測試時,首先用酒精棉球清洗受試者局部皮膚,使用剃須刀將皮膚表面刮凈,再用細砂紙將皮膚表面打磨,用酒精棉球清洗和去除皮膚表面的油脂。待運動員準備活動完畢之后再用酒精棉球清洗所測肌肉肌腹處。表面肌電型號的采集頻率為1000Hz,電極設(shè)置完畢后進行零點檢查,并晃動導(dǎo)線和敲擊電極進行噪音檢查。被測試運動員至少進行過3年羽毛球運動,接受過正規(guī)羽毛球訓(xùn)練,在測試之前24h內(nèi)沒有進行劇烈運動,無肌肉疲勞現(xiàn)象。

肌肉的興奮程度高可以說明兩個問題:一是肌肉已經(jīng)疲勞,因為在完成相同負荷的工作狀態(tài)下,肌肉疲勞時肌電的振幅增值增加:當肌肉疲勞時,為了保持規(guī)定的肌力,肌肉不得不動用更多的肌纖維參加運動,這樣導(dǎo)致肌肉放電能力增大。但是在測試時運動員只進行了3次測試,24h內(nèi)沒有進行過劇烈的運動,肌肉不可能疲勞。二是說明這幾塊肌肉是發(fā)力過程中的主要用力肌群,發(fā)力過程主要依靠這幾塊肌肉的收縮來完成[6]。在進行實驗的過程中,我們已經(jīng)確定被試者在進行試驗之前24h內(nèi)沒有進行過劇烈運動,因而可以排除第一方面的原因,在實驗中肌肉的興奮程度可以反映用力肌群的發(fā)力多少和貢獻率。研究某個動作參加工作的肌肉活動情況,從生理學的角度來說是肌肉之間的協(xié)調(diào)關(guān)系,從運動訓(xùn)練的角度來說是運動技術(shù)的問題。肌電圖可以很好評定某個動作的肌肉激活的先后順序和肌肉發(fā)力的順序以及它們之間的協(xié)調(diào)性關(guān)系和停止活動的先后順序,這對于運動技術(shù)是非常重要的。

1.2.5 數(shù)理統(tǒng)計法

運用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行處理,配對樣本T檢驗進行兩種發(fā)球方式的差異,差異顯著性標準P<0.05。

1.2.6 相關(guān)指標定義

正手:用持拍手掌心一側(cè)的拍面擊球[7]。

羽毛球殺球:是把對方擊來的球在盡量高的擊球點上斜壓下去。這種球力量大、弧線直、落地快,給對方的威脅很大。它是進攻的主要技術(shù)[8]。

拉吊突擊:羽毛球比賽中運動員采用打后場高球和吊前場球來尋找機會,然后突然進攻的一種戰(zhàn)術(shù)打法[9]。

殺上網(wǎng):羽毛球比賽中運用大力殺球從而贏得網(wǎng)前控制權(quán),是羽毛球運動員經(jīng)常采用的一種進攻性的戰(zhàn)術(shù)打法[10]。

鞭打動作:鞭打動作是體育運動中常見的技術(shù)動作,為了掌握完成某一動作,常需要兩臂(手)或兩腿(足)具有盡可能大的運動速度,以達到增加動作的速度和力量,提高動作技術(shù)的質(zhì)量,這些動作類似抽鞭子時的鞭打動作[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 高速攝影及Ariel分析

2.1.1 上臂與前臂的運動速度分析

正手殺近網(wǎng)球較正手殺遠網(wǎng)球上臂最高速度差異具有顯著性,羽毛球正手殺球是上臂帶動前臂的發(fā)力過程,羽毛球正手殺球動作屬于典型的鞭打動作[12]。羽毛球殺球的速度是指羽毛球離開球拍的瞬時速度。羽毛球的運動軌跡是由球拍擊球瞬間的拍面角度和拍速決定的。隨著羽毛球器材和場地等外部條件的優(yōu)化,羽毛球的運動技術(shù)也經(jīng)歷了較多的改變,由之前的對打平高球技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴袄跬粨簟焙汀皻⑸暇W(wǎng)”為主的進攻性戰(zhàn)術(shù),特別是高強度碳素材料在羽毛球拍的引進,使得殺球在比賽中的應(yīng)用大幅度的增加,高水平的比賽中更多的講究殺球的快速性和突然性[13]。其中快速性是要大幅度的發(fā)力,使得羽毛球獲得一個最大的速度,從而突破對手的防線;而突然性是指在做羽毛球殺球動作時,上臂帶動前臂瞬間發(fā)力,從而使球拍達到一個最大的加速度,使對手猝不及防,從而突破對方防線[14]。因此羽毛球殺球動作更強調(diào)上臂帶動前臂在擊球前一瞬間的完成加速過程,使羽毛球拍達到一個最大速度,從而傳遞給羽毛球一個最大的動量,實驗數(shù)據(jù)可以說明這一點。

從表1我們可以看到,羽毛球正手殺近網(wǎng)球動作中上臂和前臂的最高速度分別是2.41～3.32m/s和6.64～8.87m/s。羽毛球正手殺遠網(wǎng)球動作中上臂和前臂的最高速度分別是3.23～4.72m/s和6.99～8.26m/s。羽毛球正手殺進網(wǎng)球時上臂的速度都低于正手殺遠網(wǎng)球。球的運行速度和弧線是由擊球瞬間球拍的角度和速度決定的,由于實驗中3名運動員使用同一球拍擊打同一種羽毛球,在球拍和羽毛球的性能大致相同的情況下,可以看出在前臂速度大致相同的情況下,正手殺遠網(wǎng)球需要上臂有更快的速度,差異具有顯著性。正手殺近網(wǎng)球要求落點尖銳,要求球的入射角度大,擊球點一般要高,因而上臂的發(fā)力相對不明顯。而正手殺遠網(wǎng)球要球球速快,落點靠后場,入射角度小,擊球點相對低一些,要求動作具有突然性,因而上臂發(fā)力明顯。

2.1.2 肩角分析

羽毛球正手殺球是一項進攻技術(shù),在比賽中較多的被運動員使用[15]。初學者對扣殺技術(shù)動作往往認識不足,在扣殺時身體姿勢容易發(fā)生變形,導(dǎo)致殺球下網(wǎng)[16]。這些錯誤的身體姿勢主要包括:身體過度前壓和身體后倒。許多初學者在殺球結(jié)束時錯誤的將身體連同手臂一起壓下去,他們認為這樣可以加大殺球的速度,增加殺球的效果。其實不然,在殺球時,身體過于下壓,動作幅度過大容易影響球拍和球的接觸角度,造成扣球下網(wǎng)。而且,過度的身體下壓還會導(dǎo)致重心不穩(wěn)定,增加機體運動的負荷,影響下一拍擊球。因此研究殺球時的肩角具有一定的必要性。

在表2中我們可以看到運動員在做正手殺近網(wǎng)球的動作時,肩角最大值范圍是168.7°～172.9°,而正手殺遠網(wǎng)球的肩角最大值范圍是109.8°～126.2°。正手殺近網(wǎng)球的肩角的最大值明顯大于正手殺遠網(wǎng)球。這要求運動員在殺近網(wǎng)球時要提前把肘關(guān)節(jié)太高,來準備殺球。而正手殺遠網(wǎng)球因為具有動作的突然性,因而肘關(guān)節(jié)不能提高到太大的角度,所以要求前臂的發(fā)力要突然,因此在殺遠網(wǎng)球時前臂的爆發(fā)力訓(xùn)練是很必要的。

表1 3名運動員擊球過程中上臂與前臂的運動速度變化時間表

表2 三名運動員兩種殺球動作肩角最大值統(tǒng)計表

表3 3名運動員殺球前肩角統(tǒng)計表

表4 3名運動員殺球各關(guān)節(jié)最大速度統(tǒng)計表

圖1 人體運動坐標圖

圖2 艾利爾數(shù)據(jù)處理圖

2.1.3 殺球前準備姿勢時的肩角對比

為了獲得較好的殺球效果,運動員還要盡早的調(diào)整好自己的身體姿勢,以便于更好的去發(fā)力殺球,合適的擊球位置也是殺球有效性的必要條件[17]。水平高的專業(yè)運動員會在球下落前就到達殺球的位置,從而有足夠的時間來做殺球的準備動作。從表3中我們可以看到兩種正手殺球動作準備姿勢時的肩角都在85.4°～88.7°之間,角度大致相同,都接近90°。因為羽毛球是一項快速多變的運動項目,所以要求擊球動作具有一定的隱蔽性,其中動作的一致性就是要滿足這一點的需要,兩種殺球動作的準備姿勢大致相可以讓對手難以判斷球的路線,起到迷惑對手,增加對手防守難度,加強進攻的有效性的效果。

表5 3名運動員兩種殺球動作肌電平均值分析

2.1.4 兩種殺球動作過程中關(guān)節(jié)最大速度對比

兩種殺球動作的完成時,腕關(guān)節(jié)和手的最大速度幾乎相同,說明使用兩種殺球動作完成擊球時,最大球速差別不大。結(jié)合表1和表4可知,關(guān)節(jié)最大速度按肩、上臂、肘、前臂、腕、手的順序依次增大;其中正手殺遠網(wǎng)球時肩關(guān)節(jié)和手的最大速度大于正手殺近網(wǎng)球時的速度,說明正手殺近網(wǎng)球需要完成更大幅度的鞭打動作,軀干部發(fā)力更為明顯才可以完成對手的關(guān)節(jié)貢獻度,從而在保證擊球落點的同時,提供最大的速度。依據(jù)鞭打動作的原理,在羽毛球殺球動作過程中,身體轉(zhuǎn)動角度在預(yù)擺階段有小幅度轉(zhuǎn)動;當重心達到最高點時,運動員急速轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)身帶動手臂快速鞭打,這一階段身體轉(zhuǎn)動幅度較大,此時轉(zhuǎn)動角度較大,從而提高身體轉(zhuǎn)動角速度,以便提高出手瞬間手的速度,從而帶動拍面,提高擊球速度和力量。

2.1.5 兩種殺球過程中人體質(zhì)心時間變化對比

殺球是一項十分復(fù)雜的技術(shù),它需要協(xié)調(diào)身體各個關(guān)節(jié)的力共同起作用[18]?？偟恼f來扣殺技術(shù)的發(fā)力順序為:下肢蹬地,快速的起跳,帶動腰部轉(zhuǎn)動;利用腰部轉(zhuǎn)動的力量將上身轉(zhuǎn)向球網(wǎng),帶動右肩發(fā)力,增加上臂的初速度;用上臂帶動前臂發(fā)力,利用前臂內(nèi)旋進一步增加手腕的轉(zhuǎn)動;在擊球的瞬間,利用手腕的迅速下壓將球擊打出去[19]。殺球是一個力由下向上傳遞的過程,如果在其中力的傳遞方向不對,或者力的傳遞發(fā)生中斷就會影響最終擊球效果,導(dǎo)致殺球速度不足。殺球最重要的是在擊球的瞬間獲得最大的擊球速度,前面的一系列動作都是為了這一目的服務(wù)的,所以發(fā)力一定要遵循這一順序。

圖3 同一運動員兩種殺球動作人體質(zhì)心變化時間圖

正手扣殺的擊球點應(yīng)在右肩前上方靠前一點的位置,這個點既有利于進行發(fā)力又有利于將球拍控制好殺球的角度。很多運動員在殺球時往往找不到自己合適的擊球點,增加了失誤的頻率[20]。擊球點的選擇應(yīng)根據(jù)身高、彈跳等自身條件,準確判斷球的速度、力量、落點和方向,采取合理的移動步法移動到合適的位置,做好擊球準備。由圖3中我們可以看出正手殺近網(wǎng)球是運動員的人體質(zhì)心要高于殺遠網(wǎng)球,這是由擊球的位置決定的,正手殺近網(wǎng)球一般擊球點高,運動員在準備時需要提前抬高重心,從而擊打到高空的羽毛球。而正手殺遠網(wǎng)球時,運動員需要適當壓低重心,從而擊打到稍低的球。正手殺近網(wǎng)球時運動員質(zhì)心為1.29m,而在殺正手遠網(wǎng)球時質(zhì)心為1.18m,這都是由擊球位置決定的。因而合理的質(zhì)心位置和身體姿勢是影響殺球質(zhì)量的重要因素。

2.2 肌電分析

3名運動員肌肉放電量的平均值可以作為衡量肌肉活性的依據(jù),確定該技術(shù)動作中肌肉的活躍情況。例如3名運動員在正手殺遠網(wǎng)球的動作中,三角肌后束(FD)胸大肌(INF)的放電量平均值分別為262.81μV和578.92μV(見表5),這說明運動員在做正手殺遠網(wǎng)球的動作時,三角肌后束和胸大肌的活性較高,發(fā)力較明顯,且放電時間較長,是羽毛球正手殺球時的主要發(fā)力肌群,三角肌和胸大肌位于軀干與上肢的連接處,在正手殺球動作過程中起著承上啟下的重要作用,因此加強三角肌和胸大肌的肌力可以有助于提高殺球速度。羽毛球殺球動作屬于典型的鞭打動作,要求背部和肩部發(fā)力要明顯,從而使手和球拍獲得一個較大的速度,其中三角肌和胸大肌為速度和動量的傳遞起到了關(guān)鍵的作用。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

(1)正手殺近網(wǎng)球要求運動員起跳高度要高,擊球點要高;而正手殺遠網(wǎng)球要求運動員的起跳高度和擊球點相對較低。同時,羽毛球正手殺遠網(wǎng)球時上臂速度高于正手殺近網(wǎng)球。因此在做正手殺遠網(wǎng)球的訓(xùn)練時要重點訓(xùn)練帶動前臂做旋轉(zhuǎn)運動的三角肌和胸大肌。

(2)羽毛球正手殺球的肩肘角度大于正手殺遠網(wǎng)球,因此在做正手殺近網(wǎng)球的動作時,應(yīng)該快速把肘繞肩關(guān)節(jié)沿逆時針方向向上旋轉(zhuǎn)較大的角度,從而使球拍達到一個高的擊球點,從而殺出靠近球網(wǎng)的球,突破對手的防線。

(3)在做羽毛球正手殺近網(wǎng)球和正手殺遠網(wǎng)球的準備動作時,運動員的肩肘角度大致相同,并且都較接近90°,良好的準備動作可以達到出拍動作一致性的效果,從而迷惑對手,達到進攻多變性的效果。

(4)正手殺遠網(wǎng)球時,3名運動員的三角肌后束(FD)和胸大肌(INF)兩塊肌肉在正手殺遠網(wǎng)球的動作中活性較強,放電明顯。因此,在做此項動作練習時應(yīng)重點訓(xùn)練這兩塊肌肉。

3.2 建議

(1)在羽毛球比賽中使用羽毛球正手殺球是應(yīng)注意殺球力量和殺球落點的變化,結(jié)合羽毛球靈活多變的特點,可以把兩種殺球動作結(jié)合使用。

(2)在進行羽毛球殺球動作的練習時,應(yīng)加強兩種殺球動作的動作一致性練習,同時加強羽毛球球感練習也是很重要的。

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