鞋与场地表面间的摩擦性能对乒乓球运动员跨步动作膝关节生物力学特征的影响

摘要：目的：探讨鞋和场地表面对摩擦系数的影响,并比较在不同摩擦系数条件下,乒乓球运动员正手跨步击球过程中膝关节生物力学特征的改变。研究方法：首先通过拖拽的方法采集并计算两双不同的乒乓球鞋与三种场地表面之间的摩擦系数,之后12名男子乒乓球运动员穿着两双鞋在三种场地表面上进行正手跨步击球动作,采集并计算运动过程中鞋与场地表面之间的摩擦系数,同时记录运动过程中受试者下肢的运动学和动力学数据。结果：拖拽测试过程中,鞋与场地表面对摩擦系数影响的交互作用显著（p=0.011）,但在实际运动过程中,鞋对摩擦系数的影响不显著（p=0.113）,场地表面对摩擦系数的影响显著（p＜0.001）;摩擦系数对地面反作用力峰值时刻膝关节屈曲角度及整个击球过程中膝关节最小屈曲角度有显著影响（p=0.026）,对180°跨步动作膝关节最大内收力矩有显著影响（p=0.038）。结论：运动过程中鞋与场地表面之间的摩擦系数不同于拖拽测试,评价鞋或场地表面的摩擦性能时,要考虑测量方法的差异;摩擦系数的不同影响跨步击球过程中膝关节的生物力学特征,高摩擦系数条件下膝关节生物力学特征的改变在一定程度上增加了膝关节的负荷,可能会增加膝关节的损伤;与新、旧运动鞋相比,场地表面的选择对摩擦系数的影响更大,且高摩擦系数会增加膝关节负荷,因此,在乒乓球运动中,对场地表面的选择应该更加谨慎。     

平衡木屈体前空翻转体180°起跳动作的计算机仿真研究

目的：平衡木木上起跳是高难度分值空翻动作的关键技术,本文旨在揭示平衡木屈体前空翻转体180°（简称“F180”）起跳阶段运动技术及下肢动力学特征。方法：使用3台高速摄像机（300Hz）对世界冠军眭禄 F180起跳动作进行拍摄及三维运动学分析,基于 LifeMod 建立19个环节个性化人体模型和平衡木模型,仿真 F180的起跳动作。通过比较实际运动和仿真结果,验证所建模型的有效性。最后分析人体下肢发力特点及承受的内外负荷。结果：F180起跳阶段,运动员下肢髋、膝和踝关节反作用力依次增大,踝关节负载最大;下肢木上反作用力、关节反作用力和关节力矩均是右侧大于左侧;矢状面和额状面内关节力矩均为髋大于膝,踝最小;平衡木水平反作用力左右方向相反、大小接近。结论：平衡木 F180,运动员为了保证起跳效果和稳定性,双脚必须同时起跳,且都应向正中矢状面发力,大小接近。髋关节力矩在F180起跳中起主要作用,右腿为主要发力腿。下肢关节力及力矩的有效协调配合,提供了 F180起跳垂直动量及向左转体角动量。     

不同健身跑速度对人体支撑阶段地面反作用力的影响研究

健身跑是增强体质、预防疾病的主要身体锻炼之一,研究不同健身跑速度对人体支撑阶段地面反作用力的影响将会对丰富跑步运动技术理论与实践具有广泛而深远的意义.重点通过实验进一步验证不同健身跑速度下支撑阶段地面反作用力的分布特征.选择7名中跑运动员(年龄:21.43 ± 0.53 岁; 身高:172.8 ± 3.79 cm; 体重: 63.66 ± 3.82 kg, 训练年限: 4.57 ± 0.98 年),应用一台Kistler三维测力台测试运动员在健身跑的慢速(3.34 m·s-1)、中速(3.87 m·s-1)和快速(4.45 m·s-1)等3个不同的速度下跑步过程中足底三维地面支撑反作用力.研究结论认为,随着跑步速度的增加,打击力峰值、垂直方向第二峰值、制动力峰值、加速力峰值以及三维方向力的波动范围也相应增大.     

老年人下楼梯行走的生物力学分析

目的：：探索老年人下楼梯过程踝关节和膝关节的关节活动度、地面反作用力以及肌肉表面肌电表现。方法：选择10名男性老年人,年龄(68.5±3.8)岁,身高(1.71±0.25)米,体重(70.2±13.5)千克,10名青年人,年龄(22.5±2.7)岁,身高(1.75±0.14)米,体重(65.9±11.3)千克。通过运动生物力学专业设备和软件,采集到老年人下楼梯行走过程的运动学、动力学和表面肌电信号。结果：老年人和青年人的运动学、动力学和表面肌电的曲线图变化趋势趋于一致;踝关节最大背屈角度、踝关节最大跖屈角度、地面反作用力垂直方向第1峰值、地面反作用力垂直方向第2峰值等指标方面,老年人和青年人之间差异具有显著性;在支撑阶段,老年人股外侧肌、腓肠肌外侧肌肉的激活水平都要略高于青年人。结论：老年人与青年人下楼梯过程的动作差异可能归因于肌肉力量的差异,因此,对于老年人来说,发展下肢肌肉力量对下楼梯行走的身体姿势稳定性具有重要的意义。     

不同速度正向单摇双脚跳绳支撑期下肢及 下肢各关节运动生物力学特征分析

目的：测试不同速度正向单摇双脚跳绳运动支撑期动力学及运动学参数,分析下肢及下肢各关节生物力学特征变化规律。方法：选取12名男性专业跳绳运动员分别完成慢、中、快三种速度正向单摇双脚连续跳绳运动,同步采集跳绳过程地面反作用力和运动学数据,计算支撑期下肢及下肢各关节动力学参数。结果：中速跳绳峰值地面反作用力、爆发力等明显大于慢、快速跳绳（P＜005）,随着跳绳速度升高关节活动范围明显减小（P＜005）,快速跳绳时腿刚度（P＜001）和髋、膝、踝关节刚度值最大（P＜001）,踝关节能量吸收贡献度%最大（P＜001）。结论：慢速、中速双脚连续跳绳可锻炼髋、膝、踝关节周围肌肉的超等长收缩能力,快速跳绳主要锻炼踝关节快速超等长收缩能力及髋、膝关节稳定性;跳绳锻炼时应注意下肢尤其是踝关节拉伸热身,提高柔韧性以降低损伤风险。     

拳击前手直拳与后手直拳地面支撑反作用力特征比较研究

目的:为了区别前手直拳与后手直拳下肢蹬地地面支撑反作用力的特征,进一步细化拳击下肢蹬地发力的特点.方法:运用两块KISTLER三维测力台和VICON MX红外高速摄影系统,让运动员分别以前手直拳和后手直拳全力击打固定目标,采集地面支撑反作用力参数,二者进行对比.结果:运动员后手直拳击打,双脚均主动发力,蹬地发力的时间均在100-200ms;发力50 ms时力值占最大力量峰值的百分比均低于35％,后续发力特征明显.前手直拳击打,前脚起主要作用,蹬地发力时间均在100ms之内,发力50 ms时力值占最大力量峰值的百分比均高于60％.与前手直拳相比,后手直拳下肢发力时长,具有显著性差异(P＜0.01).结论:拳击前手直拳与后手直拳下肢蹬地地面反作用力特征相比存在差异,从发力时长角度比较,前手直拳发力时间短,发力初期力量增长特征明显,表现为起动力量特征;后手直拳下肢蹬地后续发力特征明显,表现为爆发力属性特征.     

疲劳对羽毛球运动员蹬跨步动作下肢生物力学特征的影响

摘要：目的：评价疲劳后运动员蹬跨步动作运动表现的变化,并探讨疲劳对羽毛球运动员完成不同方向跨步动作下肢生物力学特征的影响。方法：8名羽毛球专业大学生在疲劳前后分别进行向左和向右的蹬跨步动作,对比疲劳前后跨步腿着地阶段下肢运动学数据和足底压力数据。结果：疲劳后,完成蹬跨步动作的最大速度降低;在着地时刻,疲劳后髋关节屈曲角度减小,外展角度减小,外旋角度增大,膝关节外旋角度减小,踝关节由外翻着地变为内翻着地;在跨步腿整个着地阶段内,髋关节最大屈曲角度减小,膝关节最大屈曲角度减小,最大外旋角度减小;疲劳后前足内侧和中间区域最大压强显著高于疲劳前。结论：疲劳后完成蹬跨步动作的动作表现下降;在疲劳后,下肢以一个更加直立的姿态落地,会增加下肢关节冲击力,同时增加膝关节尤其是前交叉韧带的负荷,增大损伤的风险;疲劳后足底压力分布的变化可能增加足部尤其是前足内侧跖骨区部位及膝关节损伤的风险,在设计羽毛球鞋时可以考虑这一因素。     

影响男子排球运动员扣球起跳动作效果的 动力学研究

目的:研究男子排球运动员扣球起跳蹬地动作过程中,人体下肢的相关力学参数特征.对象:男子大学生排球运动员10名.方法:使用高速人体动作捕捉系统及三维测力台,对相关运动学和动力学参数进行采集.结果:①起跳过程中,地面反作用力峰值和均值均为优势腿大于非优势腿;②非优势腿地面反作用力峰值与重心最大高度呈高度负相关(r=-0.961,P=0.002＜0.05);③双脚同时着地过程中,优势腿地面反作用力冲量明显大于非优势腿,两脚地面反作用力冲量差与重心最大高度呈显著负相关(r=-0.531,P=0.034＜0.05).结论:①在后排起跳过程中,优势腿与非优势腿表现出不同的用力形式;②应当通过适当控制非优势腿在着地初期的制动作用,并在双脚最后用力阶段有意识地提高非优势腿的参与程度,以提高人体的起跳高度;③排球运动员髌腱炎的发病可能与踝关节绕矢状轴力矩和膝关节绕垂直轴力矩较大有关.     

乒乓球反手中远台拉冲技术核心环节的 运动学特征分析

通过分析反手中远台拉冲技术核心环节的运动学特征,探索其技术动作结构变化的规律以及相应环节在击球过程中的主要作用。运用瑞典Qualisys三维运动捕捉系统对11名优秀男子乒乓球运动员的反手中远台拉冲技术动作进行测试与分析,结果表明,在该动作完成过程中腕、肘、肩、髋、膝、背等各环节都参与协同发力,腿、背、肩部的蹬转运动稍早于伸肘和甩腕;腕在肘后有加速,拍在腕后有加速,球拍顶点的加速结束最晚,击球前的甩腕是最后的加速发力环节;甩腕、伸肘、挥前臂这三个环节是反手拉冲技术中提高挥拍速度的关键环节;蹬腿、顶髋、伸背对于提升挥拍速度的直接作用较小,髋、膝、背部的主要作用在于依据来球的不同特征调节身体的空间位置以及为挥臂提供支撑反作用力;击球时前臂的挥动是向前为主、向上为辅,“快撞在先,快摩在后”;球拍顶点合速度的最大值出现在击球瞬间。研究认为：在实际训练中要注意加强腿、髋、背部依来球不同特征对身体空间位置进行调整的能力,并强调前臂的横向转动以及“伸肘”和“甩腕”对于提高击球质量的作用;另外,还需注意提高各环节间整体协调发力的能力,避免出现发力过早或过晚现象,使球拍挥动速度在击球瞬间达到最大值。     

膝关节损伤对男子篮球运动员完成急停起跳动作中下肢生物力学的影响

摘要：目的：通过测试篮球运动员完成急停起跳动作的下肢生物力学指标,探讨膝关节损伤对下肢运动学和动力学的影响。方法：以北京体育大学竞技体育学院102名篮球专项男学生为研究对象,应用Motion Analysis数字影像捕捉分析系统和Kistler三维测力台对受试者完成急停起跳动作的运动学和动力学指标进行采集。结果：地面垂直反作用力首次峰值时刻,与无伤组相比,单侧损伤组健侧髋关节外展角增大（P<0.01）;双侧损伤组髋关节屈角和内旋角及膝关节最大屈曲角均增大（P<0.05,P<0.05,P<0.01）。与单侧损伤组伤侧相比,健侧髋关节最大屈曲角减小（P<0.05）。与单侧损伤组健侧相比,双侧损伤组髋关节最大屈曲角增大（P<0.05）。与无伤组相比,单侧损伤组伤侧和双侧损伤组髋关节内收力矩增大（P<0.05,P<0.05）;双侧损伤组踝关节跖屈力矩减小（P<0.05）,内旋力矩增大（P<0.01）。与单侧损伤组伤侧相比,健侧髋关节由内收力矩转变为外展力矩（P<0.05）。与单侧损伤组健侧相比,双侧损伤组踝关节跖屈力矩减小（P<0.05）,内旋力矩增大（P<0.05）。单侧损伤组伤侧地面垂直反作用力首次峰值小于无伤组（P<0.05）。结论：膝关节损伤后会出现代偿现象,具体表现为增大损伤腿髋关节内旋角和内收力矩,增大踝关节内旋力矩;增大健康腿髋关节外展角,髋关节由内收力矩转变为外展力矩。膝关节损伤后会减小地面垂直反作用力,增加髋关节和膝关节屈角,减小踝关节跖屈力矩。     

基于双通道目标运动检测的乒乓球运动决策系统*

动作是体育运动的关键技术,要规范运动员动作,不但使他们的运动成绩能够达到或接近最高水平,同时也可以避免运动员积累型运动损伤,达到这样的训练目的就需要科学的方法。目前,我国已经建立了标准动作多媒体视频数据库,利用了一种双通道目标运动检测算法,结合了运动检测技术和人的行为理解方法,实现了感知技术对体育动作量化分析和体育动作模式识别。针对乒乓球快速多变特点,以及手腕动作的精细变化与球拍的较高关联度,对乒乓球和乒乓球拍建立了离散小波变换的空时模型,剔除运动模式识别中的噪声孔洞有助于提高检测的正确性。通过定性分析和实验结果,这种基于双通道混合算法的乒乓球运动决策系统能够较为准确的识别乒乓球运动中的有误动作,为及时更正动作提供了科学和有效的依据。     

乒乓球教学传统用语与新理念的碰撞 ——评李隼教练的“收胯”观点

著名乒乓球教练李隼对乒乓球教学与训练中的传统用语“转腰”提出了质疑,指出传统“转腰”用语存在的问题,并提出“收胯”（转髋）观点,认为不提倡“转腰”,可以减少躯干扭转的幅度,使引拍、击球动作幅度较小,加快动作速度。其次,解析了转髋动作结构,阐释了逐个关节理论在李隼教练新观点中的应用,认为“收胯”对预防运动损伤很有意义。指出,在乒乓教学训练中,应重视胸椎、髋关节、踝关节的灵活性练习,加强核心稳定性的练习,预防躯干扭转对腰部的伤害。     

中国优秀男子标枪运动员交叉步后右腿运动学特征研究

在标枪项目的研究领域,对交叉步结束后右腿用力形式和右脚支撑技术的研究,是国内学术界长期以来关注的焦点问题。交叉步结束右腿着地后的主要任务是尽量减少单支撑的时间,使左腿尽快的着地并尽可能的减少水平速度的损失,快速形成双支撑用力,使身体形成最佳的发力姿势,为最后出枪创造条件。本文通过文献资料法、三维录像解析法、数理统计法对我国优秀男子标枪运动员交叉步结束后右腿运动学特征进行了研究。结果发现,单支撑阶段,我国运动员右腿缓冲时间普遍较长,右膝缓冲的幅度相对较大,多数运动员右膝最大缓冲在身体重心或右髋移过支撑点后的一段时间出现,单、双支撑阶段我国运动员右腿各环节保持速度的能力较弱、加速的能力有待进一步提高。     

侧切和急停起跳对篮球运动员前交叉韧带运动生物力学特征的影响

目的:前交叉韧带断裂是体育运动中最常见的、严重的、治疗康复费高的膝关节运动损伤之一。研究目的是确定侧切和急停起跳动作对前交叉韧带运动生物力学特征的影响。方法:对男女各25名年龄在18~22岁的篮球运动员完成侧切和急停起跳动作时的下肢三维运动学、动力学和表面肌电特征进行采集和处理。运用2×2混合设计的双因素方差分析(ANOVA)对特征参数进行数理统计。结果:动作和性别对下肢水平向后地面反作用力、膝关节外翻力矩、膝关节内旋力矩、腘绳肌群肌电和压力中心到踝关节中心的水平距离具有显著性交互作用。结论与建议:所有篮球运动员完成侧切比急停起跳时膝关节伸膝力矩增加,这些差异使侧切动作发生ACL损伤的可能性更大。另外,仅男性篮球运动员进行侧切动作时更倾向于采用足跟着地方式、外翻力矩以及腘绳肌肌电更大。与男性相比,女性篮球运动员可能更容易导致ACL负荷增大。此外,在完成急停起跳动作中,男性篮球运动员比女性倾向于足尖着地且水平向后地面反作用力小。研究结果提示了在制定预防ACL损伤训练方案时,应根据不同动作和性别针对性地设计训练方式。     

走、跑、跳动作足底压力分布特征研究

采用Footscan足底压力分布测试系统,研究正常人在走、跑、跳过程中足底各区峰值压强特点、压力一时间变化特点、压力中心移动特点,分析走、跑、跳过程中足底各区压力分布规律,揭示足运动过程中的生物力学特征,为运动训练中预防足部运动损伤及运动鞋的设计等提供科学依据。     

高校乒乓球专项力量素质训练必要性及方法的探讨

文献资料法、实验法、数理统计法等,对高校乒乓球专项运动员进行调查与实验研究,从手法和步法两个层面,分析各项技术动作的发力要领,并结合人体结构的力学特征,进一步阐述高校乒乓球专项力量素质训练的方法,尤其是爆发力与力量耐力训练的必要性,为科学化、创新化的训练提供一定的参考。     

乒乓球正手和反手中远台拉冲技术的 运动学特征对比分析

运用瑞典Qualisys三维运动捕捉系统对11名优秀男子乒乓球运动员正手中远台拉冲和反手中远台拉冲的技术动作进行测试与分析。结果表明：正手中远台拉冲提高挥拍速度的主要环节在于转腰和挥大臂,其次为收前臂和甩腕;反手中远台拉冲提高挥拍速度的主要环节在于甩腕和伸肘,转腰的作用较小,其主流技术动作并没有充分发挥出转腰和挥大臂的作用;正手中远台拉冲之所以能获得较大的挥拍速度主要在于其肩部的转动（即转腰的发力）和挥大臂这两个环节明显优于反手;若反手中远台拉冲时稍向非持拍手侧引拍并适当加大肩背部的反转幅度,其在挥拍击球时能更充分地发挥转腰和挥大臂的作用,可以进一步提高反手中远台拉冲的击球质量。     

篮球新规则的改动对篮球技术运用影响研究*

探讨跳远起跳过程中起跳腿下肢髋膝踝关节生物力学表现对跳远距离的影响。同步采集15名跳远运动员的踏板起跳动作的运动学和动力学数据,并对相关数据进行灰色关联分析。结果发现跳远的姿势对跳远成绩的影响作用最明显,踏板时刻,最大冲击力时刻、缓存最低点和离板时刻的髋膝踝三关节的角度,以及踏板起跳时间、屈膝时间与起跳总时间的百分比及垂直方向最大地面反作用力对跳远成绩都有重要影响。起跳过程须强化合理正确的起跳姿势,起跳环节触地时下肢关节尽可能伸展,踝关节主动踏板,尽可能减少踏板起跳时间;加强起跳腿下肢力量,提高起跳腿的控制力,将有利于提高跳远成绩。     

我国优秀标枪运动员投掷步技术有关环节运动学特征的研究

通过对参加第4届城市运动会(1999.西安)男女标枪比赛运动员29人次投掷步技术现场摄像的解析,并与世界优秀运动员投掷步有关环节运动学参数变化的对比分析发现,我国男子标枪运动员投掷步第1、2步躯干后倾角过大,第2～3步躯干后倾角则相对较小,以至交叉步的动作幅度受到影响;女子标枪运动员交叉步存在下肢前移幅度不够的技术问题;投掷步第4步左膝弯屈程度较大,左侧支撑无力是我国优秀标枪运动员该技术环节的共性特征。     

膝关节损伤对排球专项学生急停纵跳的生物力学影响

目的:通过研究排球专项大学生完成急停纵跳动作的生物力学指标变化,探讨排球专项学生完成急停纵跳时下肢生物力学的特点及膝关节损伤对急停纵跳动作的生物力学指标的影响。方法:以北京体育大学竞技体育学院38名排球专项学生为研究对象,通过Motion Analysis数字影像捕捉分析系统和Kistler三维测力台对受试者进行急停纵跳动作特征进行信息采集与分析。同性别2组间进行独立样本T检验,显著性水平为P0.05。结果:在落地缓冲地面垂直反作用力峰值时刻,男子膝关节损伤组与无伤组相比,损伤组表现出踝关节内旋力矩增大、触台时刻踝关节外展角度增大,呈现显著性变化。女子单侧膝关节损伤组与双侧膝关节损伤组相比,髋关节外旋力矩和膝关节屈膝力矩显著增大。小结:排球专项男学生完成急停纵跳动作时,落地缓冲过程地面垂直反作用力峰值时刻的力矩特征为:髋关节伸并呈内旋、外展位,膝关节为伸、呈内旋位,但左膝呈外展位右膝呈内收位,踝关节为背屈,呈内收、外旋位;排球专项学生膝关节损伤者完成急停纵跳动作相应时刻,通过代偿性改变髋、膝、踝关节的力矩和踝关节外展角度来完成动作。