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羽毛球杀球动作的运动学分析

 运动机能形态学 2023-01-27 发布于北京

概 述

运动学分析最初指的是从机械机构的几何位置随时间变化的角度,分析机构的运动规律。之后随着运动科学的发展,分析对象扩展到了对人体四肢、躯干运动时间和空间变化规律的研究。肌肉神经功能是否正常、技术动作是否正确合理、发力是否协调顺畅,都可以通过运动学分析加以判断。

羽毛球杀球是所有运动中产生球速最快的动作,极高球速由球、拍接触瞬间的拍头速传递,拍头速度又由大腿、躯干、持拍上肢的高速转动产生,再借由球拍中杆的形变恢复传递出去。

在国际比赛尤其是男子项目中,杀球技术可以让运动员在比赛中保持主动、奠定优势、甚至直接得分,所以对于该技术的研究就至关重要了。

案 例

Sekiya[1]等人通过仿真模拟的方法,量化出了持拍侧上肢的发力、球拍中杆变形后产生回弹所产生的力矩,对于杀球提高拍速贡献率的大小,下图1描绘出了模型的3个刚性单位:1-上臂、2-前臂、3-,除手臂外还包括球拍的模型:拍柄拍杆
图1. 持拍侧上肢以及球拍模型示意图

球拍拍速产生的原因归为几个部分:3个关节转动产生的力矩拍杆形变产生的力矩杀球运动相关项产生的力矩。最终运动模型方程表明,羽毛球杀球的拍头速度大部分是由拍杆形变恢复时力矩产生的,这需要环节末端运动速度的阶梯式提高和制动,使得球拍接触球的瞬间拍头动量达到最高。

M.S. Salim[2]等对男子、女子的头顶区杀球运动的上肢运动学特征进行了研究,他们使用了4台高速红外摄像机(Qualisys, Gothenburg, Sweden, 70Hz),相机安装在三脚架上并以图2的位置架设:
图2. 项目设置示意图

软件使用Qualisys Tracking System (QTM),数据使用SPSS进行分析。贴在上肢关节与球拍处的8个Marker球点直径19mm,采集频率70hz,采集时长10s。粘贴的位置如图3:

图3. 标志点粘贴位置

结果表明,男性组的最高拍柄速度(VG=10.52m/s女性组最高拍柄速度=9m/s,其他数据如图4所示:

图4. 拍柄速度的组间统计数据

通过分析击球时刻周围极短时间内的运动学数据,可以得出男性受试者在击球前先进行大幅度的肩外展,在击球瞬间又进行急速陡然的肩内收,如图5所示:

图5. 男性受试者肩部运动学曲线图
在进行前臂旋转(伸肘)的运动中,最大角速度出现在球拍触球的时刻,男性组最高=1010.41°/S,女性组最高=867.19°/S,如图6所示:
图6. 女性组前臂运动的角速度图
肘关节伸展角速度平均值的性别差异较大,为47.2°/S,这很可能是造成男女之间杀球时拍速差异的主要因素之一。
羽毛球杀球的动作类似人体做抛砸物体的动作,肘关节做伸的运动时会顺带做出小臂内旋的动作,如图7所示,所以小臂内旋速度也可能是影响拍速的因素之一。
图7. 羽毛球杀球动作各环节运动示意图
Wan Abas[3]等认为前臂的运动对于杀球时拍速的提升至关重要,他们认为前臂的旋内可以给球拍提供巨大的速度,这与M.S.Salim[2]等的结果相似,女性伸肘和前臂旋内速度均小于男性,于是拍柄速度要低于男性。

总 结

分析上述研究结果可以得出,羽毛球杀球球速的快慢很大程度上取决于拍速的快慢,而球拍拍速 1)球拍拍杆的韧性、2)肩关节的外展角度、3)肘关节的伸展速度、4)前臂的旋内速度都有关系。

在日常的训练中,可以通过对比观察高水平运动员的杀球与错误动作的录像,并从以上4个方面加以考虑,就能够纠正动作的、提高发力顺畅性、加快杀球速度
参考文献
[1] Koike, Sekiya and Tomohiro Hashiguchi. “Dynamic Contribution Analysis of Badminton-smash-motion with Consideration of Racket Shaft Deformation (A Model Consisted of Racket-side Upper Limb and a Racket).” Procedia Engineering 72 (2014): 496-5.
[2] M. S. Salim, H. N. Lim, M. S. M. Salim and M. Y. Baharuddin, "Motion analysis of arm movement during badminton smash," 2010 IEEE EMBS Conference on Biomedical Engineering and Sciences (IECBES), 2010, pp. 111-114.
[3] Wan Abas W. A. B. and Rambely A. S. (2008). Research on Badminton Games: Past and Present, 4th Kuala Lumpur International Conference on Biomedical Engineering 2008, Kuala Lumpur, Malaysia. pp 22-26.

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