韓 煥，彭紹群，吳大偉，謝 紅

（上海工程技術(shù)大學(xué)，上海201620）

隨著網(wǎng)球運動的普遍開展，網(wǎng)球運動服的需求也出現(xiàn)不斷上升的趨勢。目前對于網(wǎng)球運動服的研究主要集中于外觀設(shè)計以及通過多種面料的結(jié)合來達(dá)到網(wǎng)球運動服裝吸濕快干的效果，其研究手段從最初的研究靜止人體特征而轉(zhuǎn)化到通過結(jié)合網(wǎng)球運動的動態(tài)特點來研究設(shè)計網(wǎng)球運動服裝。但是，這些研究只僅限于人體舒適性范圍的研究，對于網(wǎng)球運動服的研究還沒有上升到防護(hù)性能范疇。

因此，本文通過測量人體各關(guān)節(jié)點運動的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的變化，將其轉(zhuǎn)化為人體關(guān)節(jié)運動的生物力學(xué)參數(shù)，為進(jìn)一步設(shè)計具有防護(hù)性能的網(wǎng)球運動服提供理論基礎(chǔ)。

1 實驗部分

實驗對象：網(wǎng)球熟練者與網(wǎng)球初學(xué)者各5人。

實驗動作：通過參考《網(wǎng)球入門寶典》、《網(wǎng)球技巧圖解》等網(wǎng)球?qū)I(yè)書籍，確立實驗動作為上拋式發(fā)球動作。

實驗工具：NDI三維動態(tài)測量系統(tǒng)，網(wǎng)球拍，網(wǎng)球。

實驗對象著裝要求：

（1）上身著運動背心，露出手臂及腰部；下身著運動短褲，運動鞋；實驗對象身上不佩戴任何飾品。

（2）女生頭發(fā)盤起以免掉落肩部影響實驗數(shù)據(jù)。

實驗設(shè)計：

（1）實驗包括運動過程中三維數(shù)據(jù)捕捉以及數(shù)據(jù)的客觀計算分析。

本實驗主要探究人體運動過程中人體上肢各關(guān)節(jié)部位的運動損傷情況，因此在人體肩部，肘部內(nèi)外側(cè)，腕部內(nèi)外側(cè)黏貼標(biāo)記點，記為mark1.2.3.4.5。

（2）在地面做站立標(biāo)記點，以確保每位實驗者都站在同一位置向同一面墻壁的同一目標(biāo)點進(jìn)行上拋式發(fā)球?qū)嶒灒▽嶒炚咴谶M(jìn)行正式實驗之前，進(jìn)行半個小時熱身以及熟悉發(fā)球過程，以確保在實驗中能夠較準(zhǔn)確地將球打擊在目標(biāo)位置），從而能夠確保數(shù)據(jù)的精確性。

（3）實驗分組：實驗采集分為10組，每組人員進(jìn)行沒有戴護(hù)具的空手發(fā)球，以及戴1號護(hù)腕、2號護(hù)腕、3號護(hù)腕等三組帶球發(fā)球動作即每位實驗者要做4組實驗，每組實驗連續(xù)做10遍，采集后挑選最穩(wěn)定的5次進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)分析。每組采集時間為2s，在運用三維動態(tài)捕捉系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)同時，架有高清攝像機同時攝錄實驗過程。

2 結(jié)果分析

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

三維動態(tài)捕捉系統(tǒng)原點定義在攝像頭探測范圍內(nèi)的空間某一點，規(guī)定人體面向攝像頭站立是前后方向為X軸，左右方向為Y軸，上下方向為Z軸。

根據(jù)在實驗時與三位動態(tài)捕捉系統(tǒng)同時設(shè)立的高清攝像機視頻資料，在實驗進(jìn)行的2s過程中，0～0.5s之間是實驗對象從側(cè)身至揮拍的過程，因此本實驗截取此段時間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.2 結(jié)果與分析

根據(jù)網(wǎng)球運動力學(xué)原理，在鞭打動作過程中，主要通過動量矩的傳遞來實現(xiàn)末端環(huán)節(jié)最大動量的獲得。末端環(huán)節(jié)即肩部，因此，在鞭打動作過程中，正確的方式應(yīng)是借助于肩部的力量來帶動整條手臂的力量從而打出有效的球。運用肩部的力量可以減緩手腕以及手肘部的力量負(fù)擔(dān)，正確的鞭打動作可以避免手腕及手肘受到較大的傷害。

在前0.5s制動階段，從圖1中可以看出，熟練組與初學(xué)組在這一過程中上肢各關(guān)節(jié)產(chǎn)生的動量順序呈相反狀況，熟練組在末端環(huán)節(jié)即肩部產(chǎn)生了最大動量來帶動整個手臂的擊打行為，而初學(xué)組則是依靠手腕部的力量來進(jìn)行擊打行為，并且在數(shù)據(jù)中可看出，熟練組產(chǎn)生的動量遠(yuǎn)小于初學(xué)組產(chǎn)生的動量，熟練組運用正確的動量傳導(dǎo)過程，利用遠(yuǎn)小于初學(xué)組的動量，達(dá)到了與其相同的擊球效果。

圖1 制動環(huán)節(jié)中兩組實驗者上肢肩部，肘部，腕部各動量大小比較

從上述結(jié)果中可以看出，網(wǎng)球初學(xué)者在對擊打動作不熟悉的情況下，沒有經(jīng)過系統(tǒng)的指導(dǎo)與訓(xùn)練，很容易因為發(fā)力部位不準(zhǔn)確等原因而頻繁使用肘部與腕部的力量擊球，從而導(dǎo)致肘部與腕部負(fù)擔(dān)過重產(chǎn)生損傷。針對初學(xué)者發(fā)力部位集中于腕部這一特征，對初學(xué)者進(jìn)行了佩戴護(hù)腕的實驗。通過比較佩戴不同彈性護(hù)腕后初學(xué)者上肢各部位情況來驗證護(hù)腕對人體的防護(hù)效果，并將在后續(xù)的服裝設(shè)計開發(fā)中參考這一結(jié)果來選擇有效面料。

通過對比市場所售的護(hù)腕面料及款式，挑選三種相同厚度不同彈性的護(hù)腕作為本次實驗的研究對象，1號實驗護(hù)腕是現(xiàn)在市場上最常見的棉質(zhì)護(hù)腕，2號實驗護(hù)腕為國內(nèi)某品牌生產(chǎn)的彈性護(hù)腕，3號實驗護(hù)腕為美國某知名護(hù)具品牌生產(chǎn)的纏繞式護(hù)腕，在實驗之前對于三款護(hù)腕的基本參數(shù)進(jìn)行了測量（見表1）。

表1 三款護(hù)腕的基本參數(shù)

從表1中可以看出，三款護(hù)腕中2號護(hù)腕的彈性回復(fù)率明顯優(yōu)于其他兩款護(hù)腕，而其他兩款護(hù)腕的彈性性能相差不大。因此，此次實驗用防護(hù)護(hù)具是否具有有效的防護(hù)性能主要通過其彈性回復(fù)率這一性能參數(shù)來顯示。

運用與之前一樣的分析方法，將初學(xué)組佩戴3個型號的護(hù)腕后制動環(huán)節(jié)的上肢各部位產(chǎn)生動量大小進(jìn)行比較（見圖2）。從圖中可以看出，雖然在此次實驗中初學(xué)組在制動環(huán)節(jié)上肢各部位的動量傳遞順序還沒有矯正，但是可以明顯看出，各個關(guān)節(jié)產(chǎn)生的動量小于沒有佩戴護(hù)腕時產(chǎn)生的動量。

圖2 制動環(huán)節(jié)中初學(xué)組實驗者佩帶護(hù)腕后上肢肩部，肘部，腕部各動量大小比較

表2 各部位佩戴護(hù)腕后動量減少量（與無護(hù)腕比較）

從表2中可看出，佩戴護(hù)腕后手腕部位動量減少最明顯，而其中2號護(hù)腕的減少量明顯大于其他兩個護(hù)腕，結(jié)合之前的護(hù)腕面料基本參數(shù)，可以得知，佩戴護(hù)腕在防護(hù)人體方面的確有一定的效果，并且防護(hù)效果與護(hù)腕的彈性回復(fù)率呈正相關(guān)。

3 結(jié)論

本文分別對兩組不同競技水平的網(wǎng)球愛好者進(jìn)行了三維動態(tài)測量實驗動態(tài)實驗，實驗主要比較了網(wǎng)球熟練者與初學(xué)者之間在制動環(huán)節(jié)人體上肢的動量傳導(dǎo)過程，通過比較來觀察初學(xué)者較易損傷部位。并且通過佩戴護(hù)腕實驗來驗證護(hù)腕對人體的防護(hù)作用，以及防護(hù)作用與護(hù)腕彈性回復(fù)率之間的相關(guān)性，為后續(xù)設(shè)計防護(hù)性網(wǎng)球運動服面料的選擇提供了參考依據(jù)。

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