吳強(qiáng)，黃偉蘭

(1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院體育部，廣東廣州 510225 2.廣東湛江師范學(xué)院體育學(xué)院，廣東湛江 524048)

廣東省優(yōu)秀羽毛球單打運(yùn)動(dòng)員正反手發(fā)球技術(shù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和表面肌電比較分析

吳強(qiáng)1，黃偉蘭2

(1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院體育部，廣東廣州 510225 2.廣東湛江師范學(xué)院體育學(xué)院，廣東湛江 524048)

為了探討優(yōu)秀羽毛球單打運(yùn)動(dòng)員不同發(fā)球球路的特點(diǎn)，了解當(dāng)今選手更多使用反手發(fā)球的原因，以便為運(yùn)動(dòng)員實(shí)戰(zhàn)中判斷對(duì)手的發(fā)球球路及提高發(fā)球水平提供參考依據(jù)。使用兩臺(tái)高速攝像機(jī)和表面肌電儀對(duì)運(yùn)動(dòng)員的三種不同發(fā)球球路(短球、平快球、高遠(yuǎn)球)動(dòng)作進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)學(xué)和相關(guān)肌肉電活動(dòng)水平的同步分析。結(jié)果表明:反手發(fā)球的各個(gè)分期的時(shí)間要顯著短于正手發(fā)球(p＜0.05);反手發(fā)球時(shí)肌群激活達(dá)峰值的時(shí)間表現(xiàn)為近端肌肉激活較早，遠(yuǎn)端肌肉的激活較晚;與正手相比反手發(fā)球時(shí)肌肉激活達(dá)到峰值的時(shí)間較晚。結(jié)論:從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出發(fā)證明了選手在比賽中應(yīng)更多地使用反手發(fā)球，對(duì)于羽毛球發(fā)球這種精準(zhǔn)類(lèi)動(dòng)作在平時(shí)訓(xùn)練中應(yīng)該建立精細(xì)的神經(jīng)肌肉支配模式。

羽毛球;正手;反手;發(fā)球;運(yùn)動(dòng)學(xué);表面肌電

近幾年隨著羽毛球運(yùn)動(dòng)競(jìng)技水平的不斷提高和全民健身運(yùn)動(dòng)的推廣，奧運(yùn)健兒在賽場(chǎng)上也是屢創(chuàng)佳績(jī)，我國(guó)羽毛球運(yùn)動(dòng)的科研工作也在不斷地發(fā)展，但是縱觀這些科研成果，主要是集中在羽毛球運(yùn)動(dòng)損傷調(diào)查、疲勞消除和損傷的消除與康復(fù)方面［1］，而有關(guān)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)方面的研究很有限，從某種程度上說(shuō)，限制了羽毛球運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。

就羽毛球的基本技術(shù)動(dòng)作而言，發(fā)球是屬于自我決定的運(yùn)動(dòng)技能，發(fā)球選手可以根據(jù)自己的節(jié)奏進(jìn)行發(fā)球，而一個(gè)高質(zhì)量的發(fā)球可以牽制對(duì)手的節(jié)奏，爭(zhēng)取主動(dòng)，打亂對(duì)手的技戰(zhàn)術(shù)，引起對(duì)方產(chǎn)生失誤，從而獲得主動(dòng)得分的機(jī)會(huì)。羽毛球發(fā)球大致可以分為正手和反手發(fā)球兩種不同的發(fā)球動(dòng)作，其中又可以發(fā)出網(wǎng)前短球、平快球、平高球、高遠(yuǎn)球四種不同的球路［2］。穩(wěn)定且多變的發(fā)球?qū)?huì)給接球員帶來(lái)更多的不確定性而產(chǎn)生失誤或被動(dòng)接球，從而制造第三拍主動(dòng)進(jìn)攻的優(yōu)勢(shì)。在以往的單打比賽中主要以正手發(fā)球?yàn)橹?，但是因?yàn)榈梅种频母淖?，反手發(fā)球已經(jīng)成為單打、雙打比賽的首選發(fā)球方式［3］。國(guó)內(nèi)的李森等人對(duì)我國(guó)羽毛球男雙與國(guó)外優(yōu)秀選手接發(fā)球技戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行了比較研究［4］。劉智英等人對(duì)世界羽毛球男子雙打發(fā)球技術(shù)進(jìn)行了分析［5］。

表面肌電技術(shù)可以了解到運(yùn)動(dòng)單位的活化情況以及神經(jīng)支配特點(diǎn)，了解到參與運(yùn)動(dòng)的肌肉的貢獻(xiàn)率［6］。Tsai在對(duì)正手殺球與切球的比較研究中，發(fā)現(xiàn)尺側(cè)腕屈肌、橈側(cè)腕伸肌、肱二頭肌、肱三頭肌、胸大肌、三角肌、斜方肌和背闊肌的激活順序非常相似，而殺球的肌肉電活動(dòng)振幅要顯著大于切球［7］。Sakurai和Ohtsuki分別對(duì)專(zhuān)業(yè)羽毛球訓(xùn)練者和初學(xué)者進(jìn)行了殺球準(zhǔn)確度測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組近端肌群的肌肉電活動(dòng)模式相近，但是遠(yuǎn)端肌肉差別較大［8］。

目前，有關(guān)羽毛球運(yùn)動(dòng)的技術(shù)動(dòng)作分析主要集中在殺球、抽球等力量比較大的揮拍動(dòng)作，對(duì)于發(fā)球這種高度準(zhǔn)確性的動(dòng)作關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)和表面肌電的研究很少，本文以廣東省優(yōu)秀男子羽毛球運(yùn)動(dòng)員正手和反手發(fā)球動(dòng)作為研究對(duì)象，旨在了解這種高度精準(zhǔn)性動(dòng)作運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和內(nèi)部肌肉工作情況，以便為教練員和運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練提供參考。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

本文以7名廣東省優(yōu)秀的羽毛球男子單打運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象，身高177.3±4.3cm，體重 67.1±4.4kg，年齡19.8±1.7歲，訓(xùn)練年限8.2±1.1年，受試者均為右手習(xí)慣持拍，無(wú)上肢肌肉損傷疾病。

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)法

1.2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和材料

兩臺(tái)美國(guó)troubleshooter高速攝像機(jī)、Mega表面肌電儀、兩臺(tái)sony常速攝像機(jī)、三角架、三維框架、500瓦照明燈、表面電極、酒精、皮尺、羽毛球10個(gè)。

1.2.1.2 實(shí)驗(yàn)方案

每名受試者進(jìn)行15min的熱身活動(dòng)，同時(shí)向受試者講清楚實(shí)驗(yàn)的程序，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程得到受試者的允許。每位受試者都由右側(cè)發(fā)球區(qū)進(jìn)行發(fā)球，分別以正手、反手進(jìn)行短球(A落點(diǎn)區(qū))、平快球(B落點(diǎn)區(qū))、高遠(yuǎn)球(C落點(diǎn)區(qū))的發(fā)球測(cè)驗(yàn)。擊出的球需落在半徑為40cm扇形區(qū)域才算發(fā)球成功，每個(gè)動(dòng)作需分別成功兩次，然后再?gòu)倪@兩個(gè)成功的擊球中挑選一個(gè)最佳的發(fā)球來(lái)進(jìn)行分析。攝像機(jī)放在受試者的后側(cè)和右側(cè)，兩臺(tái)高速攝像機(jī)的主光軸成90°，如圖1所示。

1.2.1.3 數(shù)據(jù)采集與處理

高速攝像機(jī)的拍攝速度設(shè)置為250幀/s。給運(yùn)動(dòng)員的各個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)貼上標(biāo)志點(diǎn)，目的是為了便于解析技術(shù)動(dòng)作時(shí)數(shù)字化描點(diǎn)。兩臺(tái)troubleshooter高速攝像機(jī)的主光軸呈95°，調(diào)整兩臺(tái)攝像機(jī)到運(yùn)動(dòng)平面的距離直至將運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作全部收錄進(jìn)去，三維框架中的x軸正方向?yàn)橄蚯皳]拍的運(yùn)動(dòng)方向，y軸為垂直方向，z軸為左右橫向。

將采集到的影像圖片數(shù)據(jù)使用美國(guó)的APAS運(yùn)動(dòng)解析軟件進(jìn)行解析，人體模型選擇日本松井秀治模型，再添加附加點(diǎn)作為球拍和球的模型，采用8Hz截止頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑，得到位移、速度、角度、角速度等參數(shù)。本文將發(fā)球過(guò)程分為五個(gè)期:準(zhǔn)備期、引拍期、揮拍期、擊球期、隨揮期。

選取受試對(duì)象右側(cè)上肢的橈側(cè)腕伸肌(ECR)、尺側(cè)腕屈肌(FCU)、肱橈肌(BM)、旋前圓肌(PT)、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)、斜方肌上束(TRA)為測(cè)試肌肉，使用雙極測(cè)試方法，這樣可以降低信號(hào)串線(xiàn)(crosstalk)現(xiàn)象［9］，兩個(gè)記錄電極置于肌肉收縮隆起的正中線(xiàn)上，兩記錄電極之間的距離為2cm，參考電極放在附近的骨性突起處。粘貼電極之前用砂紙打磨皮膚，然后用酒精擦凈，以降低測(cè)量時(shí)候由皮膚碎屑引起的高阻抗。用彈性繃帶將電極線(xiàn)捆綁在肢體周?chē)?，以防止因?yàn)殡姌O線(xiàn)抖動(dòng)引起基線(xiàn)漂移，采用遙測(cè)方式對(duì)扣球揮臂動(dòng)作時(shí)肌肉的電活動(dòng)進(jìn)行記錄，采樣頻率設(shè)置為1000 Hz。

在正式記錄肌電信號(hào)之前，首先進(jìn)行幅值標(biāo)準(zhǔn)化處理(normalization)，最大幅值測(cè)試方法采用 Peter Konrad中使用的方法對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理［10］，即將每一個(gè)人需要測(cè)試的每一塊肌肉在扣球過(guò)程中的肌電振幅除以該塊肌肉在等長(zhǎng)最大隨意收縮下的最大肌電幅值，用%MVC來(lái)表示，這樣可以消除一些生理和測(cè)量干擾因素［11］，為了減少誤差，最大肌電幅值測(cè)試進(jìn)行三次，取三次最大值的平均值作為基準(zhǔn)參考值。對(duì)采集到的原始肌電信號(hào)進(jìn)行10－500Hz的帶通濾波，然后使用平均法進(jìn)行全波整流，再使用移動(dòng)平均窗法(moving average window)［12］進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑。

1.2.1.4 相關(guān)指標(biāo)定義

(1)正手:用持拍手掌心一側(cè)的拍面擊球。

(2)反手:使用是拍手手背一側(cè)的拍面擊球。

(3)發(fā)短球:運(yùn)用手臂的力量將球輕輕撥出，球在網(wǎng)上15cm里穿過(guò)，落到對(duì)方A區(qū)落點(diǎn)。

(4)發(fā)高遠(yuǎn)球:發(fā)出的球又高又遠(yuǎn)，球落在對(duì)方的C區(qū)落點(diǎn)。

(5)發(fā)平快球:發(fā)出的球既快既平，直接發(fā)到對(duì)方的正手或者頭頂?shù)奈恢?，落在?duì)方的B區(qū)位置。

(6)準(zhǔn)備期:受試者處于靜止不動(dòng)的準(zhǔn)備狀態(tài)。

(7)引拍期:從準(zhǔn)備期拍頭在X軸方向的位移開(kāi)始直到位移值達(dá)到最小結(jié)束的時(shí)間段。

(8)揮拍期:拍頭從X軸值最小至拍面接觸球瞬間的時(shí)間段。

(9)擊球期:球與拍面接觸的時(shí)間段。

(10)隨揮期:從球離開(kāi)拍面瞬間到肘關(guān)節(jié)在Z軸上的位移達(dá)到最大時(shí)刻的時(shí)間段。

(11)肌肉激活時(shí)間:以準(zhǔn)備期時(shí)的肌電為基準(zhǔn)值，超過(guò)基準(zhǔn)值2倍標(biāo)準(zhǔn)差的肌電幅值定為肌肉激活點(diǎn)。

(12)肌電峰值出現(xiàn)時(shí)間:經(jīng)過(guò)整流濾波后的肌電信號(hào)以擊球點(diǎn)為零時(shí)刻點(diǎn)，出現(xiàn)峰值的時(shí)刻。

1.2.2 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

運(yùn)用SPSS14.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使用Wilcoxon配對(duì)等級(jí)檢驗(yàn)進(jìn)行正反手之間的差異，差異性的顯著標(biāo)準(zhǔn)為0.05，所有數(shù)據(jù)用表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 正手反手發(fā)球各個(gè)分期時(shí)間比較分析

由表1可知，正手發(fā)球與反手發(fā)球相比，無(wú)論是發(fā)短球、平快球還是高遠(yuǎn)球各個(gè)分期都是正手發(fā)球要長(zhǎng)于反手發(fā)球(P＜0.05)，反手從引拍期到隨揮期都要短于正手發(fā)球。本研究發(fā)現(xiàn)反手發(fā)三種球路時(shí)，引拍期比正手要短了0.5s左右，各分期大約僅為正手發(fā)球時(shí)間的1/4，其中時(shí)間最短的短球僅用了0.159s;而在揮拍期方面反手比正手大約短了0.1s，各分期使用的時(shí)間大約為正手發(fā)球的1/3;隨揮期大約短了0.1s，各個(gè)分期時(shí)間僅為正手發(fā)球的1/2。國(guó)內(nèi)有研究報(bào)道，當(dāng)某一個(gè)技術(shù)動(dòng)作的準(zhǔn)備過(guò)程低于0.5s時(shí)，受試者沒(méi)有時(shí)間對(duì)動(dòng)作做出反應(yīng)。本次研究的結(jié)果顯示反手發(fā)球的各個(gè)分期的全周期都要低于0.5s，可見(jiàn)反手在揮拍擊球方面有很大的優(yōu)勢(shì)，可以有效地減少對(duì)手的判斷時(shí)間，使接發(fā)球者沒(méi)有充足的時(shí)間判斷，這可能也是目前大多數(shù)選手使用反手發(fā)球的原因。

表1 正手反手發(fā)球三種不同球路之間各個(gè)分期時(shí)間 (n=7)

2.2 正反手揮拍期肌電峰值出現(xiàn)時(shí)間分析

本研究中各個(gè)肌群激活達(dá)峰值的時(shí)間是以擊球點(diǎn)為基準(zhǔn)的，時(shí)間值越小，表示峰值出現(xiàn)的時(shí)間越接近擊球點(diǎn)，也就是說(shuō)肌群在擊球前越晚達(dá)到峰值。通過(guò)肌群最大峰值出現(xiàn)的時(shí)間比較正反手擊球過(guò)程肌肉激活的特性。從表2能夠看出，正手和反手發(fā)球在揮拍期時(shí)，尺側(cè)腕屈肌、橈側(cè)腕伸肌、旋前圓肌、胸大肌在峰值幅值出現(xiàn)的時(shí)間上差異顯著，說(shuō)明反手發(fā)球時(shí)這些肌肉激活的較晚。同時(shí)從數(shù)據(jù)表中能夠看出，在正手和反手發(fā)高遠(yuǎn)球時(shí)，除肱三頭肌外各肌群峰值出現(xiàn)的時(shí)間都是正手發(fā)高遠(yuǎn)球要顯著早于反手。

在正反手發(fā)三種球路比較中有顯著差異的肌群中，發(fā)現(xiàn)反手發(fā)球時(shí)肌群激活達(dá)峰值的時(shí)間表現(xiàn)為近端肌肉激活較早，遠(yuǎn)端肌肉的激活較晚，說(shuō)明反手發(fā)球時(shí)球拍是一個(gè)逐漸加速的過(guò)程，這與郭峰等人的研究結(jié)果相似［13］。而正手發(fā)球時(shí)各肌群較早地同時(shí)達(dá)到激活峰值，表示正手發(fā)球時(shí)有更多的時(shí)間進(jìn)行揮拍動(dòng)作，同時(shí)由于個(gè)肌群幾乎同時(shí)激活達(dá)到峰值，因此會(huì)產(chǎn)生較好的加速效果。

同時(shí)與揮拍期時(shí)間按比較，發(fā)現(xiàn)反手發(fā)球揮拍期的平均時(shí)間為0.049－0.064s(見(jiàn)表1)，反手發(fā)短球時(shí)尺側(cè)腕屈肌、肱二頭肌、肱三頭肌、三角肌前束、三角肌后束、胸大肌、斜方肌上束激活的峰值時(shí)間平均分 別 為 0.076s、0.093s、0.112s、0.134s、0.104s、0.094s、0.124s，說(shuō)明這些肌肉在揮拍期之前就已經(jīng)激活達(dá)到峰值，表示球拍在引拍完成后開(kāi)始向前移動(dòng)之前，上述的肌群都已經(jīng)顯著激活，可能是為了多做功，從而產(chǎn)生更好的擊球力量。而在發(fā)平快球和高遠(yuǎn)球方面，其近端肌肉達(dá)到峰值時(shí)間大約是在引拍與揮拍的動(dòng)作轉(zhuǎn)換期上。正手發(fā)球時(shí)揮拍期時(shí)間大約在0.165－0.188s(見(jiàn)表1)，而各個(gè)肌群激活時(shí)峰值出現(xiàn)的時(shí)間基本都在該期間達(dá)到最大峰值，在揮拍期內(nèi)迅速加速。

表2 正反手揮拍期肌電峰值出現(xiàn)時(shí)間 (n=7)

反手發(fā)球因?yàn)閾]拍距離短，需要在有限的距離內(nèi)加速揮拍的速度，在引拍與揮拍的動(dòng)作轉(zhuǎn)換過(guò)程中，近端肌肉先激活，帶動(dòng)會(huì)拍動(dòng)作的產(chǎn)生，所以在反手發(fā)球時(shí)肌肉需要更加快速、更有力地進(jìn)行收縮，尤其是在發(fā)平快球與高遠(yuǎn)球時(shí)更是如此，以達(dá)到最佳的擊球效果。

3 結(jié)論

反手發(fā)球的各個(gè)分期的時(shí)間要顯著短于正手發(fā)球，說(shuō)明在達(dá)到與正手發(fā)球相同效果的同時(shí)，反手發(fā)球更加具有隱蔽性;反手發(fā)球時(shí)肌群激活達(dá)峰值的時(shí)間表現(xiàn)為近端肌肉激活較早，遠(yuǎn)端肌肉的激活較晚，揮拍是一個(gè)逐漸加速的過(guò)程;正手在揮拍期內(nèi)各個(gè)肌群同時(shí)激活，揮拍表現(xiàn)為迅速加速的過(guò)程。正反手發(fā)球肌肉激活模式有較大差異，對(duì)于這類(lèi)精準(zhǔn)動(dòng)作在平時(shí)訓(xùn)練中應(yīng)該建立精細(xì)的神經(jīng)肌肉支配模式。

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Kinematic and Surface Electromyograph Analysis on the Comparation of Forhand and Backhand Serve for Elite Badminton Players in GuangDong

Wu Qiang1，Huang Wei Lan2

(1.The P.E.Department，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou，510225，China;
2.The School of Physical Education，ZhangJiang Normal University，ZhangJiang，524048，China)

to study the characters of different serves and reasons why backhand sevrves were frequently used for single elite badminton players to provide references in judging serves from rivals and improving the serving performance.3D kinematics and muscle activities were synchronously analysed by two high speed cameras and an myoelectric apparatus when badminton players performanced three different serves(short serve、drive serve and long serve).there was significantly shoter different phases time in the backhand serves than in the forhand(p＜0.05);the peak time of proximal muscles activities was more early than that of distal muscles activites when backhand serves were performanced;the peak times of all muscles were less in the forhand than in the backhand sserve;the paper illustrated the reasons why plaers use more the backhand serves and the training of pattern of neuromuscular control should be improved for the fine movement like badminton serves.

Badmiton;Forhand Serves;Backhand Serves;Kinematics;Surface electromyograph

G847

A

1007－323X(2011)04－0099－04

2011－04－02

吳強(qiáng)(1973－)，男，廣東高州人，講師

研究方向:體育教育訓(xùn)練學(xué)