體操吊環(huán)動作的肌電和LifeMOD仿真研究

蘇 陽 錢競光

(1.南京體育學(xué)院 黨政辦，江蘇 南京 210014；2.南京體育學(xué)院 運動健康學(xué)院，江蘇 南京 210014)

吊環(huán)是男子體操項目之一，動、靜結(jié)合是該項目的顯著特點，采用緩慢的肌肉發(fā)力方式，完成靜力性動作之間轉(zhuǎn)換，形成“慢用力”動作組合，能夠體現(xiàn)“力”與“美”的高度統(tǒng)一，也代表著該項目技術(shù)發(fā)展的趨勢[1]。為了加深對慢用力動作技術(shù)和基本規(guī)律的理解，解決專項力量訓(xùn)練的問題，提高體操科學(xué)訓(xùn)練水平，本文對吊環(huán)十字支撐再壓上成水平十字支撐這組慢用力動作的技術(shù)規(guī)律、肌肉發(fā)力順序，肌肉發(fā)力特點及協(xié)調(diào)性進行了研究[2]。

隨著計算機技術(shù)的不斷更新和多剛體動力學(xué)的發(fā)展，運用多剛體動力學(xué)模擬仿真技術(shù)在現(xiàn)代體育中的研究越來越多。通過多剛體動力學(xué)模擬仿真，可以模擬人體實驗的整個運動過程，再通過仿真軟件分析，可以測量運動過程中各肌肉的用力情況，可以實現(xiàn)無創(chuàng)測量肌肉肌力的目的。因此，近些年來一些研究學(xué)者們常使用LifeMOD、Opensim等人體生物力學(xué)模擬仿真分析軟件進行運動過程中人體肌肉肌力變化分析，以及人機耦合關(guān)系等動力學(xué)仿真研究[3]。本研究將動力學(xué)模擬仿真的方法運用到競技體操吊環(huán)慢用力動作分析和訓(xùn)練嘗試，運用LifeMOD多體系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件對江蘇省健將級一線運動員尤浩的技術(shù)動作，探索性地建立十字支撐壓上成水平十字支撐動作的動力學(xué)模型，并結(jié)合三維影像解析數(shù)據(jù)、肌電數(shù)據(jù)進行對比分析。較以往單純從運動學(xué)方面對技術(shù)動作分析、研究和診斷，采用多體動力學(xué)計算機模擬方法，獲得相應(yīng)的動力學(xué)數(shù)，同時結(jié)合三維影像解析及表面肌電(SEMG)的數(shù)據(jù)進行動作技術(shù)分析，使實驗結(jié)果更加準(zhǔn)確，更深入地探究技術(shù)動作的規(guī)律。

1 研究對象

本研究以江蘇省體操隊優(yōu)秀運動員尤浩為被試，對體操吊環(huán)慢用力動作進行動力與模擬仿真分析，被試的基本情況見表1。

表1 受試者基本情況

2 研究方法

2.1 三維影像解析法

使用英國產(chǎn)的VICON紅外三維運動捕捉系統(tǒng)，對實驗對象所做的動作進行數(shù)據(jù)采集。VICON紅外三維運動捕捉系統(tǒng)主要由傳感器、信號捕捉設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備組成。該系統(tǒng)根據(jù)統(tǒng)一采樣時刻不同攝像機對在掃描空間內(nèi)運動的反光球的像進行運算，得出反光球該時刻在空間的三維坐標(biāo)。

動作捕捉過程中，要求實驗對象按照比賽時的要求去完成。在吊環(huán)周圍使用6個VICON紅外攝像頭從不同角度和高度對整個動作進行捕捉。根據(jù)LifeMOD軟件的要求在人體上貼上35個marker點[3]，VICON紅外攝像采樣頻率為100HZ，每幀采集人體的35個標(biāo)記點，如圖1所示。

(a) (b) (c) (d) 圖1 VICON系統(tǒng)捕捉十字支撐壓上成水平十字支撐動作過程注：a為準(zhǔn)備動作；b為十字支撐動作；c為壓上動作；d為水平十字支撐動作

根據(jù)LifeMOD軟件的要求在人體上貼上35個marker點，具體的35個點的貼放位置(如圖2所示)。35個點的順序分別是01LFHD前額左側(cè)、02RFHD前額右側(cè)、03LBHD后腦左側(cè)、04RBHD后腦右側(cè)、05BU.Trunk第7頸椎棘突突起、06BL.Trunk第10胸椎棘突突起、07FU.Trunk胸骨柄、08FL.Trunk劍突、09Offset右肩胛骨、10L.Shoulder左肩、11L.Elbow左肘、12L.Wrist Upper左側(cè)腕關(guān)節(jié)橈側(cè)、13L.Wrist Down左側(cè)腕關(guān)節(jié)尺側(cè)、14L.Hand左手背面二掌骨近側(cè)端、15R. Shoulder右肩、16R.Elbow右肘、17R.Wrist Upper右側(cè)腕關(guān)節(jié)橈側(cè)、18R.Wrist Down右側(cè)腕關(guān)節(jié)尺側(cè)、19R.Hand右手背面二掌骨近側(cè)端、20L.ASIS左髂前上棘、21R.ASIS右髂前上棘、22L.Sacral左髂后上棘、23R.Sacral右髂后上棘、24L.Thigh左股骨外側(cè)、25L.Knee左膝外側(cè)髁、26L.Shank左側(cè)脛骨、27L.Ankle左踝外側(cè)髁、28L.Heel左后跟、29L.Toe左第二跖骨、30R.Thigh右股骨外側(cè)、31R.Knee右膝外側(cè)髁、32R.Shank右側(cè)脛骨、33R.Ankle右踝外側(cè)髁、34R.Heel右后跟、35R.Toe右第二跖骨。將VICON紅外三維運動捕捉系統(tǒng)采集的35個標(biāo)記點的運動學(xué)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，然后編寫如下程序，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，輸出后綴名為.slf格式的文件[3]。

Private Sub Command1_Click()

Dim i As Integer

Dim xdata(1 To 35) As Single

Dim ydata(1 To 35) As Single

Dim zdata(1 To 35) As Single

Adodc1.ConnectionString = "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source=" & App.Path & "data.mdb;Persist Security Info=False"

Adodc1.CommandType = adCmdTable

Open App.Path + "LifeMODdata.slf" For Output As #1

With Adodc1.Recordset

.MoveFirst

Do While Not .EOF '

ind_num = .Fields(1) '

'MsgBox (CStr(ind_num))

For i = 1 To 35 '

xdata(i) = .Fields(i * 3 - 1)ydata(i) = .Fields(i * 3)

zdata(i) = .Fields(i * 3 + 1)

For i = 1 To 35 ' Print #1， CStr(ind_num) & vbTab & CStr(i) & vbTab & CStr(xdata(i)) & vbTab & CStr(zdata(i)) & vbTab & CStr(ydata(i)) & vbTab & "0" & vbTab & "0" & vbTab & "0"

Next

.MoveNext

Loop

End With

End Sub

(a) (b) (c)圖2 VICON紅外三維影像捕捉時在人體上貼的標(biāo)記點注：a:LifeMOD軟件默認的Marker點位置；b:VICON紅外三維影像捕捉時在人體上貼的標(biāo)記點正面；c:VICON紅外三維影像捕捉時在人體上貼的標(biāo)記點反面

2.2 表面肌電法

2.2.1 表面肌電數(shù)據(jù)采集

選取受試對象的三角肌前束(FD)、三角肌中束(MD)、三角肌后束(PD)、肱二頭肌長頭(BB)、肱三頭肌長頭(TB)、胸大肌(PM)、背闊肌(LD)、前鋸肌(SA)、岡上肌(S)、岡下肌(I)、斜方肌下部(TI)為測試肌肉。根據(jù)測試動作要求及BTS肌電采集軟件中給定的電極貼放位置對所選的肌肉貼上電極，沿肌纖維的走向在肌肉肌腹的隆起處貼好電極，兩電極中心距離2cm。具體位置如圖3所示。

圖3 實際采集肌電信號時電極片貼放位置示意圖

粘貼電極之前用剃須刀剃除皮膚表面的汗毛，然后用酒精棉球擦去要測試肌肉表面的油脂和碎屑以降低測量時候由皮膚碎屑引起的高阻抗[4]。在進行測試之前，受試者要根據(jù)吊環(huán)技術(shù)動作的特點進行充分的準(zhǔn)備活動，以免在運動過程中出現(xiàn)運動損傷。按照實驗設(shè)計方案，進行表面肌電采集，采集頻率設(shè)置為1000Hz[5]。

2.2.2 表面肌電數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用BTS表面肌電測試系統(tǒng)配套的Myolab軟件對原始的肌電信號進行處理，即整流、高通濾波、低通濾波、積分，完成原始肌電信號的平滑和積分處理。具體處理過程如下：

1)將BTS表面肌電儀測試的肌電數(shù)據(jù)導(dǎo)入Myolab軟件。

2)對肌電數(shù)據(jù)在20-400HZ進行濾波處理。

3)對原始肌電進行積分處理。

4)以200ms為時間節(jié)點，計算均方根振幅(RMS)。

2.3 人體多剛體動力學(xué)建模法

2.3.1 建立人體骨骼模型

根據(jù)美國空軍空間醫(yī)學(xué)研究實驗室和Dayton大學(xué)研究組織共同開發(fā)的GeBod數(shù)據(jù)庫，在此數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，導(dǎo)入運動員的身體形態(tài)參數(shù)，如性別、身高、體重、年齡等，以針對研究對象建立人體全身的骨骼模型[6]。

2.3.2 建立關(guān)節(jié)連接

LifeMOD軟件中關(guān)節(jié)的自由度上的功能可以由用戶自定義。包括固定、自由、受控、彈簧，阻尼以及力矩驅(qū)動等類型。在其自帶的關(guān)節(jié)模型中，把關(guān)節(jié)定義為彈簧-阻尼單元，可以在有一定范圍內(nèi)設(shè)置其剛度、阻尼系數(shù)、角度等參數(shù)。在人體骨骼模型建立的基礎(chǔ)上，通過設(shè)置各關(guān)節(jié)的參數(shù)，再進行關(guān)節(jié)的建立。同時各關(guān)節(jié)點自由度的方程也建立起來了。得到人體關(guān)節(jié)模型如圖4所示，其中骨骼間相連的圓形部位即為關(guān)節(jié)。

圖4 人體關(guān)節(jié)參數(shù)在LifeMOD軟件中的顯示(左)、人體關(guān)節(jié)模型(右)

2.3.3 建立肌肉模型

對肌肉的定義：在LifeMOD中提供了完整的肌肉特性參數(shù)庫，包括肌肉生理橫截面積(pCSA)、最大組織應(yīng)力和肌肉模型等。主動肌肉力表達式如下：

式中：pCSA一肌肉生理橫截面積；—最大組織應(yīng)力；—逆向動力學(xué)計算中肌肉的伸縮模式；—肌肉模型模式；—二者的求導(dǎo)。初始pCSA可以通過假設(shè)模型的身高、體重、年齡以及性別從LifeMOD的數(shù)據(jù)庫中進行選取。并確定比例因子和微分因子[7]。

LifeMOD軟件提供的軟組織模型主要是韌帶和肌肉，如圖5所示。其中韌帶是被動的彈簧阻尼器，肌肉具有反向動力學(xué)中起到“學(xué)習(xí)元”，也就是可以訓(xùn)練的元素；在正向動力學(xué)中起到主動性的元素。在反向動力學(xué)仿真時，在數(shù)據(jù)的驅(qū)動下記錄肌肉的變化，包括長度的伸長縮短等數(shù)列，然后在正向動力學(xué)仿真時作為伺服系統(tǒng)重復(fù)這些數(shù)列，達到“主動收縮”的效果。LifeMOD軟件將人體肌肉組織簡化成118個肌群，添加在骨骼上的解剖學(xué)標(biāo)記點上(如圖6所示)?？梢愿鶕?jù)實際需要調(diào)整肌肉的起止點和阻尼[8]。

圖5 韌帶模型(左)肌肉模型(右)

圖6 人體形態(tài)參數(shù)在LifeMOD軟件中的顯示(左)、人體肌肉模型(右)

2.3.4 添加運動副

建成立人體模型，但這個模型是被動的，LifeMOD所標(biāo)記的點需要實際采集的運動學(xué)數(shù)據(jù)去驅(qū)動。將VICON紅外三維捕捉系統(tǒng)采集的運動學(xué)數(shù)據(jù)加載到模型上，讓模型上的標(biāo)記點按照實際的運動軌跡運動(如圖7所示)。

圖7 添加運動副(左)；平衡分析以及同步之后的結(jié)果(右)

2.3.5 運行平衡分析

讓模型上的規(guī)定點去追趕實際的運動學(xué)數(shù)據(jù)，使模型盡可能與運動副重合，從而將人體模型按照運動副的軌跡運動，平衡分析后模型。

2.3.6 建立接觸

由于各方面的原因，本次實驗沒能建立運動器械吊環(huán)的模型，將人與吊環(huán)的接觸簡化為人與平面的接觸。建立接觸過程如下：打開命令窗口，輸入命令：marker cre marker=.World.ground.flr loc=0.0，4085.0，0.0 ori=0.0，-90.0，0.0 rel=.World。建立接觸平面，將平面模型與人體模型模型的手掌耦合一起，設(shè)置該點為支點，建立接觸[9]。

2.3.7 反向動力學(xué)仿真

建立好接觸后，對模型施加一個向下的重力加速度。驅(qū)使模型進行反向動力學(xué)仿真，精確的測量出運動過程中各關(guān)節(jié)點或重心的位置、速度、加速度、關(guān)節(jié)角度、角速度以及角加速度等運動學(xué)數(shù)據(jù)。在整個分析過程中，關(guān)節(jié)的軟組織計入下整個運動過程，為正向動力學(xué)仿真做準(zhǔn)備[10]。

2.3.8 正向動力學(xué)仿真

把仿真數(shù)據(jù)輸入模型進行正向動力學(xué)模擬計算，建立吊環(huán)壓“十字”再壓上成水平“十字”動作動力學(xué)模型(如圖8所示)。根據(jù)正向動力學(xué)仿真分析，得出所要測的參數(shù)，如關(guān)節(jié)力、肌肉力等。并對所得參數(shù)進行分析。

圖8 吊環(huán)“十字”再壓上成水平“十字”動作動力學(xué)模型

3 研究結(jié)果與分析

3.1 動作過程的運動學(xué)分析

3.1.1 十字支撐過程的運動學(xué)分析

通過圖9我們可以看出，在下壓成十字支撐過程中左、右側(cè)肩關(guān)節(jié)角度逐漸增大，從0°增加到85.8°。下壓過程中，上臂的角速度變化是先增大后減小的過程。如圖10所示，肩關(guān)節(jié)角速度的變化趨勢為先增大后減小。說明下壓過程是一個先快后慢的過程。

圖9 肩關(guān)節(jié)角度變化 圖10 肩關(guān)節(jié)角速度變化

通過圖11可以看出在完成十字支撐動作過程中， 軀干和下肢在X軸方向基本不變，在Z軸方向，通過曲線可以看出，軀干向后擺動，但腳尖的位置保持不變，說明在下壓的過程中有一個屈髖的動作。在下壓到一定程度之后，腳尖加速向后擺動，最后與軀干保持垂直位。在下壓過程中的屈髖動作，可以提高重心位置，其目的是保證在下壓開始階段重心下降的速度，保證肩關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。

圖11 下壓成十字支撐過程軀干和腳在X軸和Z軸的運動軌跡(左) 圖12 下壓成十字支撐過程中手(右)

通過圖12可以看出，在下壓成十字支撐過程中，吊環(huán)支撐點的運動不只是在X軸與Y軸構(gòu)成的垂直面上運動，而是一個三維的擺動動作。在Z軸方向，雙手有一個向后擺的過程。這可能是由于在下壓過程中，下肢有一個的屈髖動作使得人體的重心向前移動，為了保證整個人體的平衡，雙手支撐的吊環(huán)要向后擺動。

3.1.2 壓上成水平十字支撐過程的運動學(xué)分析

把壓上過程分為3個階段，第一個階段是上臂內(nèi)收屈髖階段，第二階段是下擺階段，第三階段是后擺壓上階段。

通過圖13可以看出，在壓上過程開始時，腳在Z軸上的位移增大，而軀干與手在Z軸上的位移減小。說明在壓上過程開始時，上肢在內(nèi)收的同時有一個后擺的趨勢和收腹屈髖過程，但后擺的幅度很小。上肢在內(nèi)收的同時屈髖，使得人體的重心向前上方移動，減小上肢做功。屈髖到一定程度后開始伸髖，借助伸髖下擺的重力勢能向后壓上成水平十字支撐動作。借助于重力勢能，減小了壓上的難度。

圖13 壓上成水平十字支撐過程軀干、手、腳的運動軌跡(左) 圖14 壓上成水平十字支撐過程左右肩角在矢狀面的變化趨勢(右)

通過圖14可以看出，在整個壓上過程中肩關(guān)節(jié)角度先減小后增大，從0S開始至1.35S時，肩關(guān)節(jié)角度由原先的85.8°減小到39.4°，減小了46.4°，從1.35S至2.22S，肩關(guān)節(jié)角度又開始增大，從39.4°增加到62.5°。2.22S之后肩關(guān)節(jié)角度基本保持不變。

3.2 動作過程的肌電分析

把吊環(huán)十字支撐壓上成水平十字動作劃分為三個階段，第一階段是十字支撐階段，定為T1；第二階段是壓上階段，定為T2；第三階段是水平十字支撐階段，定為T3。

積分肌電(iEMG)是指在一定時間內(nèi)肌肉中參與活動的運動單位放電的總量。在時間不變的前提下，其值的大小在一定程度上反映了參加工作的運動單位的多少和每個運動單位的放電大小[4]。

由圖15可見，十字支撐再壓上成水平十字支撐過程中， 肌肉的發(fā)力順序依次為:肱三頭肌、肱二頭肌、背闊肌、胸大肌、斜方肌下部、岡下肌、前鋸肌、三角肌前束、中束、后束、岡上??；其中肱二頭肌和肱三頭肌在第一階段興奮性強，在第二、第三階段有所減弱，但依然維持興奮；胸大肌在整個動作過程中都保持高度興奮；背闊肌在第一階段和第二階段的前半段保持興奮且興奮性強，在第二階段后半段和第三階段明顯減弱；三角肌前束、中束、后束，斜方肌下部、岡下肌、前鋸肌主要在第二階段和第三階段保持興奮；岡上肌在全過程中的興奮性都不是很明顯。

圖15 運動健將尤浩的積分肌電圖(mV)注：從上至下依次為三角肌前束-FD、三角肌中束-MD、三角肌后束-PD、肱二頭肌長頭-BB(L)、肱三頭肌長頭-TB(L)、岡上肌-S、岡下肌-I、斜方肌下部-TI、胸大肌-PM、前鋸肌-SA、背闊肌-LD的積分肌電圖。T1階段-十字支撐階段、T2階段-壓上階段、T3階段-水平十字支撐階段。

肌肉肌電活動的貢獻率，即各塊肌肉的積分肌電值占所測11塊肌肉的積分肌電總和的百分比。表2為研究對象在吊環(huán)十字支撐壓上成水平十字動作中各肌肉肌電活動的貢獻率。

表2 動作的三個階段所測肌肉肌電活動的貢獻率(%)

由表2可知，在十字支撐階段(T1階段)，肱二頭肌、肱三頭肌、胸大肌、背闊肌的貢獻率較大，占了78.4%。其中肱二頭肌和胸大肌的貢獻率最大，分別為27.6%和21.6%。說明在十字支撐階段上臂的主要內(nèi)收肌群發(fā)揮主要作用；在壓上階段(T2階段)，三角肌前、中、后束的貢獻率較大，分別為13.5%、18.6%、8.5%。肱二頭肌、岡下肌、胸大肌、前鋸肌的貢獻率也較大，其中胸大肌的貢獻率最大為15.8%。相比于T1階段，肱二頭肌、肱三頭肌的貢獻率明顯減小，背闊肌在壓上階段的前半段和后半段的貢獻率相差很明顯，前半段明顯大于后半段。這是因為在壓上階段的前半段主要是拉軀干向上的動作，背闊肌的作用大，而后半段，主要是軀干后擺動作，背闊肌作用減小。三角肌、岡下肌、前鋸肌的貢獻率明顯增加，說明在壓上階段，三角肌、肱二頭肌、岡下肌、胸大肌、前鋸肌為主要發(fā)力肌群；在水平十字支撐階段(T3階段)，肌肉的貢獻率與T2階段的基本相同。說明在壓上過程與支撐過程所參與的肌群基本相同。

3.3 動作過程的動力學(xué)分析

利用LIFEMOD進行十字支撐壓上成水平十字支撐動作動力學(xué)仿真模擬，通過逆向動力學(xué)仿真和正向動力學(xué)仿真后，得到人體在動作過程中所受的關(guān)節(jié)力和肌肉力。根據(jù)吊環(huán)動作的特點是雙側(cè)上肢做對稱的克服重力運動，因此只選用身體右側(cè)為研究對象，進行數(shù)據(jù)分析。

由于運動器械吊環(huán)的模型沒能精確建立，而是使用人與平面接觸代替與人與運動器械的接觸。這是因為在整個動作過程中吊環(huán)的運動軌跡接近于鐘擺的形態(tài)，而且在垂直面上變化較小，因此使用平面接觸代替器械模型接觸對整個模型的建立的影響不會很大，雖然在肌肉力的結(jié)果不是很精確，但能反映整個動作中個肌肉的肌肉力變化趨勢[11]。

3.3.1 十字支撐過程的動力學(xué)分析

圖16是尤浩模型仿真十字支撐過程肱二頭肌肱三頭肌肌張力圖，由圖可見，肱二頭肌和肱三頭肌的肌張力變化幅度差異比較大，其中肱二頭肌變化比較明顯，肱三頭肌肌張力比較平穩(wěn)，肱二頭肌的肌張力比肱三頭肌大，這與肌電測量數(shù)據(jù)(表2)肱二頭肌在動作T1階段貢獻率27.6，明顯高于肱三頭肌16.8的結(jié)果相一致。

圖16 十字支撐過程肱二頭肌(Bic)肱三頭肌(Tric)肌張力(左) 圖17 下壓成十字支撐過程胸大肌(Pmaj)和背闊肌(Lat)肌張力(右)

圖17是尤浩模型仿真十字支撐過程胸大肌和背闊肌肌張力圖，由圖可見，在下壓成十字支撐的過程中，胸大肌和背闊肌的肌張力逐漸增大。在下壓過程的后半段，胸大肌和背闊肌的肌張力基本保持穩(wěn)定，其中胸大肌的肌張力值為350N，背闊肌的肌張力值為280N。這與肌電測量數(shù)據(jù)(表2)的胸大肌在動作T1階段貢獻率(21.6)和背闊肌(12.4)結(jié)果相吻合。

圖18是尤浩模型仿真十字支撐過程三角肌肌張力圖，由圖可見，在下壓過程中，三角肌的肌張力逐漸減小，這與肌電測量數(shù)據(jù)(表2)的三角肌前束、中束、后束在T1階段貢獻率都比較小分別為(2.7、1.6、2.1)結(jié)果一致。

圖18 下壓成十字支撐過程三角肌(Delt)肌張力(左) 圖19 下壓成十字支撐過程斜方肌(Trap)肌張力(右)

圖19是尤浩模型仿真十字支撐過程斜方肌肌張力圖。由圖可見，在下壓過程中，斜方肌上部肌肉的肌張力比較大，整個過程中肌張力有增大的趨勢。肌電測量數(shù)據(jù)(表2)也表明斜方肌貢獻率由3.8增加到5.5。

3.3.2 壓上成水平十字支撐過程的動力學(xué)分析

圖20是尤浩模型仿真壓上成水平十字支撐過程三角肌(Delt)肌張力圖。其中0-2.0S時間段為壓上過程，2.0-3.0S時間段為水平十字支撐過程。由圖可見，在壓上過程中三角肌的肌張力先逐漸增大，之后又逐漸減小，最后趨于平衡。在整個壓上過程中，三角肌中束在壓上動作進行了一半時肌張力到達峰值，峰值為95N。在水平十字支撐過程中，三角肌的肌張力基本保持平衡，三角肌中束的肌張力值最高為60N。對比肌電測量數(shù)據(jù)(表2)，其三角肌前束、中束、后束在T2階段貢獻率都達到最大值(13.5、18.6、8.5)，并且在T3階段貢獻率都保持在(13.6、17.8、8.9)的高位，特別是三角肌中束在壓上動作的T2階段達到貢獻率18.6最大值，模擬結(jié)果與肌電數(shù)據(jù)高度吻合。

圖20 壓上成水平十字支撐過程三角肌(Delt)肌張力(左) 圖21 壓上成水平成十字支撐過程斜方肌(Trap)肌張力(右)

圖21是尤浩模型仿真壓上成水平成十字支撐過程斜方肌(Trap)肌張力圖。其中0-2.0S時間段為壓上過程，2.0-3.0S時間段為水平十字支撐過程。由圖可見，在壓上過程中斜方肌的肌張力的變化趨勢是一個先增大后減小的過程，最后趨于平衡。在整個壓上過程中，三角肌中束在壓上動作進行了一半時肌張力到達峰值，峰值為250N。在水平十字支撐過程中，斜方肌的肌張力基本保持平衡，斜方肌上部的肌張力值較斜方肌下部高，其肌張力值約為150N。根據(jù)肌電測量數(shù)據(jù)(表2)，斜方肌下部在動作三個階段的貢獻率分別(3.8、5.5、6.8)與模擬結(jié)果基本吻合。

4 結(jié)論

1)首次建立包含肌肉系統(tǒng)的吊環(huán)慢用力動作人體動力學(xué)模型，實現(xiàn)對吊環(huán)“十字”壓上成“水平十字”支撐動作全過程的動力學(xué)仿真。把仿真獲得整個動作過程中肌肉張力數(shù)據(jù)和變化趨勢與肌肉的表面肌電測量數(shù)據(jù)與變化趨勢進行比較分析，結(jié)果兩者的具有很高的吻合度，這也驗證了該動作的動力學(xué)模型的可靠性和實用性。

2)結(jié)合動力學(xué)模擬與表面肌電分析，結(jié)果表明，在下壓成水平十字支撐動作過程，胸大肌肌張力峰值居首位，其次是背闊肌、斜方肌上部、肱二頭肌、肱三頭肌、三角肌；在壓上成水平十字支撐動作過程，肱二頭肌、胸大肌、三角肌、背闊肌(壓上過程的前半段)是主要的發(fā)力肌肉和動力來源，這為運動員專項力量訓(xùn)練提供了理論依據(jù)。