蔣津君，姚家新，孟慶華

●專題研究 Special Lecture

乒乓球正手中遠臺拉沖技術的生物力學特征分析

蔣津君1，姚家新2，孟慶華3

同步運用Qualisys三維運動采集與分析系統(tǒng)、表面肌電測試系統(tǒng)、Kistler測力臺對11名優(yōu)秀男乒乓球運動員的正手中遠臺拉沖技術動作進行測試，對比分析所測相應指標后發(fā)現：揮拍擊球時肩部的轉動是先快速向上后快速向前，在觸球時肩部的轉動主要是向前為主，向上的轉動速度已較低；球拍頂點向前的最大速度幾乎出現在擊球瞬間，而向上的最大速度則出現在觸球稍后；腰部以下的髖、腿等部位主要起到調整擊球空間位置、輔助起動、為腰部及以上部位的轉動提供支撐反作用力等作用，轉腰、揮大臂、收前臂才是有效提升揮拍速度的核心環(huán)節(jié)；揮拍至還原時身體隨勢成“抱團”趨勢，以減小轉動慣量使身體能快速還原；持拍手側主要發(fā)力肌肉出現最大放電時刻的時序有一定規(guī)律性；大腿部肌肉出現最大放電最早，緊隨其后腰腹部肌肉出現最大放電；胸大肌、肱二頭肌、三角肌前束的最大放電時刻幾乎相當，都在即將向前揮拍時刻附近；持拍手側地面支反力向上最大值的出現時刻明顯早于向前最大值的出現時刻。

乒乓球；正手中遠臺拉球；生物力學特征

從當前乒乓球比賽技戰(zhàn)術的發(fā)展和運用趨勢來看，隨著反手臺內“擰”技術的不斷成熟，乒乓球比賽中接發(fā)球“擰”起來后基本就進入了上旋對恃的局面（尤其在男子比賽中體現得更為明顯）[1]。而正手中遠臺的拉沖又是上旋對恃中最為重要的技術，由此，非常有必要對該項技術做深入的分析和研究。雖然前期不乏對乒乓球攻球技術的研究，但純理論的研究居多，結合實驗的研究相對較少，且前期的實驗研究也因當時實驗儀器的限制，做不到同步綜合多項指標對乒乓球攻球技術的關鍵點進行全面地分析[2-9]。當前，三維紅外運動捕捉系統(tǒng)、KISTLER三維測力系統(tǒng)以及Mega表面肌電（藍牙）等的同步測量完全可以實現，不僅可以準確同步地反應出不同指標在不同擊球時期的準確數據，也克服了前期肌電（有線）研究中測量設備對運動員做技術動作時的負面影響。由此，本研究利用當前的科技優(yōu)勢，結合多項同步測量指標對正手中遠臺拉沖這項主要攻球技術的關鍵點進行了研究。該項研究不僅有利于加強人們對正手拉沖技術的認識，提高該項技術訓練的科學性，也能豐富乒乓球理論研究體系，還可為研究其它同類項目提供方法借鑒。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

測試者為11名獲國家運動等級的乒乓球運動員，握拍法均為橫握拍，正手均為反膠（見表1）。

表1 受試對象基本信息

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗儀器簡介及其定位與調試 運用瑞典產的Qualisys三維運動采集與分析系統(tǒng)（自帶同步高速視頻攝像機）、芬蘭產的MEGA表面肌電測試系統(tǒng)（WBA、16通道、無線藍牙）和瑞士產的Kistler測力臺同步對受試對象的正手中遠臺拉沖（非側弧圈）技術動作進行各項信息采集。測力臺的規(guī)格為：0.4 m×0.6 m，兩測力臺平行平穩(wěn)放置并固定，中間隔30 cm（經預測試后設定），即兩塊測力臺中心相距70 cm，球臺的端線垂直投影距測力臺中心的距離為80 cm，a、b分別為左、右手持拍拉沖線路（見圖1），采集頻率為1 000 Hz；三維運動采集的頻率為200 Hz（包括8臺紅外光點攝像和一臺同步高速視頻攝像），高速視頻攝像機位于球臺左側上方C點位置，距運動中心約3 m左右，高度為2 m左右，以保證能抓拍到球與拍接觸瞬間。表面肌電的測試頻率為1 000 Hz，按照儀器及肌電測試的各項基本要求粘貼電極片（處理皮膚、粘貼位置）；以上3種測量設備通過專業(yè)人員進行調試實現內同步。

圖1 測力臺與球臺相對位置注：因藍牙肌電信號同步傳輸需有反應時間，試驗中統(tǒng)一將其設定為650 ms，即肌電數據比三維攝像和測力臺整體慢650 ms，在計算時已將其錯開（不影響各項數據的同步分析）。

1.2.2 測量部位及指標的設定與定義 ①紅外三維攝像標志點的位置及其標號見表2。各關節(jié)角度表達式為：肘關節(jié)角度：∠BCD、∠KLM；肩關節(jié)角度：∠CDE、∠KMN；髖關節(jié)角度：∠DEF、∠MNO；膝關節(jié)角度：∠EFG、∠NOP；背部角度：∠ISO；兩肩連線與端線夾角角度：線HQ與線DM空間平移相交后的夾角∠DXH或∠MXQ，X為HQ和DM平移后的相交點。

②本研究肌電測試的主要目的在于探索正手中遠臺拉沖時主發(fā)肌力的發(fā)力順序（主要為開始引拍至將球擊出這一過程中），由此本研究只對持拍手側的肌肉進行表面肌電分析，其包括持拍手側的三角肌前束、三角肌中束、肱二頭肌、橈側腕伸肌群（橈側腕長伸?。?、尺側腕曲肌群（尺側腕曲?。?、胸大肌中上部、腹外斜肌、股四頭肌內側、股二頭肌外側（長頭）、腓腸?。ㄍ鈧龋?。

表2 三維攝像標志點編號及其標定位置

③三維測力臺主要反映擊球過程中不同階段地面支反力在3個基本軸向上的分量值及其變化特征，每次測試在測試者站上測力臺前先“歸零”。

1.2.3 運動方式及具體測試要求 一般來講，正手較大力量拉沖時，左腳站位會稍靠前（右手持拍者）[10]，由此本次測試要求受試者從正手位拉沖斜線（右手持拍如圖1中的線b，左手持拍如線a），這樣可以較好保證發(fā)力拉沖時雙腳都可以在測力臺范圍內且并不影響擊球時的動作結構。測量前先進行試練，讓陪練者（發(fā)多球者）與受試者都有一個適應過程，同時也可避免受試者因顧慮腳下位置而使動作變形（另也提示受試者不要顧慮踩出測力臺）。

測試時，運動員在測力臺“歸零”后，按要求站在測力臺上（基本為測力臺中心位置），陪練者連續(xù)發(fā)定點上旋球，受試者以較大力量連續(xù)進行中遠臺拉沖，保證測試中至少有3個連續(xù)完整動作后結束測試并保存數據，然后檢查數據，確保各項數據（紅外三維攝像、肌電、測力臺）的有效性和完整性并準備下一組測試。

2 結果分析與討論

2.1 動作階段的劃分與定義

連續(xù)的擊球動作一般可劃為引拍→揮拍擊球→隨揮→還原→引拍這4個時期的循環(huán)[4，8，10]，每一個時期與下一個時期的轉換中都會有一個節(jié)點，這些節(jié)點在研究當中需界定清楚。

經過對實際所測數據和三維圖像的分析，本研究把正手中遠臺拉沖技術動作的節(jié)點（時刻）定義如下：①引拍結束時刻：引拍至最左時刻（可通過紅外三維線路確定）；②擊球時刻：球撞拍的時刻（可通過高速視頻攝像確定）；③隨揮結束時刻：隨揮至最左時刻（可通過紅外三維線路確定）；④還原時刻：球拍還原至腹部高度時刻。雖然還原時刻在連續(xù)擊球動作過程中并不能準確定位（每個人還原時刻球拍的位置也不相同），但這并不會影響到對技術動作的主體研究。另外，為了更細致地描述各項數據的變化特征，本研究加入了以下幾個時刻：引拍最低時刻、地面支反力最大時刻，球拍最靠后時刻。具體見圖2、3、4、5。圖2、3、4、5是從同一個角度進行的三維截屏。在實際中每個時刻點的標定都是轉動三維圖像從正后方和正右方找準點后再移回至基本正右側進行的截屏，這樣有利于對比同一個擊球動作在不同時刻球拍頂點的不同空間位置。以左測力臺左后角為起點的三條箭頭線為本研究中設定的立體空間基本軸及其正值方向，測力臺中部長短和方向有變化的箭頭線為測力臺反映出的地面支反力的大小與方向。本研究的圖片均通過Qualisys Track Manager動作捕捉軟件獲得。

圖2 引拍最低

圖3 地面支反力最大

圖4 引拍至最左

圖5 球拍最靠后

經對比三維攝像與三維測力臺的數據結果顯示（右手持拍為例）：所測11名受試者中3、6、7、8、9、10、11號的地面支反力最大時刻明顯要早于引拍至最左時刻，而1、2、4、5號地面支反力最大時刻與引拍至最左時刻則相對較為接近；絕大多數（10名）受試者持拍手側的地面支反力最大時刻出現在引拍最低時刻稍后。

為了更直觀呈現引拍和隨揮的線路，本研究分別從右側后方和正前方對其進行了截圖（見圖6、圖7）。由圖6結合圖2、3，可以看出正手中遠臺拉沖的引拍動作是先向“右后下”方，引拍至最低后，球拍的運動軌跡逐步轉為向“左后上”；從圖7中可看出隨揮達最左后開始有還原趨勢。

圖6 后引至前揮線路

圖7 隨揮線路

2.2 正手中遠臺拉沖技術動作身體主要關節(jié)點（標志點）的運動學特征

從乒乓球運動的特征來看，身體動作的最終效果需要通過球拍傳遞到球上，也就是說身體動作的最終落腳點是在觸球時的揮拍上。由此，球拍的速度特征必然是檢驗身體動作發(fā)力效果的核心的指標。除此之外，引拍結束和擊球時的身體姿勢必須要能保持較好的發(fā)力結構和支撐穩(wěn)定性，否則不僅容易擊球失誤，也會使下一拍的還原效果較差。（實際比賽當中要想更好地保證擊球動作的合理性則還需靈活的步法作為前提。）由此，本文將重點分析引拍結束時和擊球瞬間的身體支撐結構以及引拍至擊球這一過程中各重點環(huán)節(jié)的速度、角度、角速度的動態(tài)變化特征。

2.2.1 正手中遠臺拉沖技術動作各部位角度的變化特征分析

2.2.1.1 不同擊球時刻各部位角度的“靜態(tài)特征”數據對比分析 不同擊球時刻身體各部位所構成的角度特征是反映身體支撐和發(fā)力結構特征的重要指標。本研究對11名受試者的正手中遠臺拉沖技術動作的部分相關數據進行了統(tǒng)計（見表4、表5）：Z1、Z2分別為引拍結束、擊球時肘關節(jié)的角度；J1、J2分別為引拍結束、擊球時肩關節(jié)的角度；K1、K2分別為引拍結束、擊球時髖關節(jié)的角度；X1、X2分別為引拍結束、擊球時膝關節(jié)的角度；B1、B2分別為引拍結束、擊球時背部角度；JL1、JL2分別為引拍結束、擊球時兩肩連線與球臺端線夾角的角度（兩肩部標志點連線的轉動角度、角速度可一定程度上反映出下肢和軀干的支撐結構和發(fā)力的效果和特征）。表4、表5中為受試者3個連續(xù)成功動作的數據，角度的單位為“°”，數值四舍五入取整數，“號/（身高）”為運動員的編號和身高。

結合表4、表5中的數據，可以做如下幾個方面的分析：（1）擊球時肘關節(jié)角度Z2普遍要小于引拍結束時的角度Z1，而髖關節(jié)的角度K2明顯大于引拍結束時的角度K1，說明“收肘頂髖”是正手拉沖技術的重要環(huán)節(jié)。（2）肩關節(jié)的角度相對較為特殊，其在引拍時持拍手是后拉手臂，而在擊球時是前送手臂，雖然其角度值變化不明顯，但其是由“后夾角”變?yōu)椤扒皧A角”，是揮大臂發(fā)力的關鍵環(huán)節(jié)，此時擊球瞬間肩部的角速度則更能反映出大臂的揮動速度（在下文角速度的分析中將有論述）。（3）膝關節(jié)的角度變化隨不同受試者而有所不同，部分受試者X2＜X1，也有部分受試者X2＞X1，整體來看，大多身高較高（≥180 cm）的受試者X2＜X1或X2≈X1。從擊球時的整體結構來看，膝關節(jié)起到調整擊球時身體重心位置的作用，其角度的增大雖然對于提高揮臂速度的直接作用相對較小，但膝關節(jié)在保持其角度時的支撐發(fā)力是對抗軀干和上肢轉動反作用力的關鍵環(huán)節(jié)，相同角度下膝部的支撐力越大說明軀干和上肢相應的轉動慣量越大。（4）背部角度在引拍結束時（B1）普遍比擊球時（B2）的角度小，說明在擊球過程中有明顯的伸背動作。（5）肩連線角度在引拍結束時角度（JL1）比擊球時的角度（JL2）平均小50°左右，其差異非常大，由此可以看出擊球過程中肩部的轉動（實質上是以轉腰來帶動）是非常重要的一個環(huán)節(jié)（另外，以腰部為軸心的轉動可以帶動離軸心較遠的手腕產生較大的轉動速度。當然，肩部的轉動對提高揮拍速度的具體貢獻率還需結合肩連線的轉動角速度來分析）。（6）不同個體的3個連續(xù)擊球動作之間，引拍結束時各關節(jié)的角度波動較小，而擊球時身體會隨來球的高低不同有所調整，使擊球時各關節(jié)的角度有所波動。一般來講，來球越高擊球時膝關節(jié)和髖關節(jié)的角度越大，而當球離身體較遠時肩關節(jié)角度會較大。

表4 受試者正手中遠臺拉沖技術動作各部位角度數據統(tǒng)計表

表5 受試者正手中遠臺拉沖技術動作各部位角度數據統(tǒng)計表

2.2.1.2 擊球過程中各部位角度變化的“動態(tài)特征”分析 在擊球過程中，身體的支撐及其發(fā)力結構的外顯性特征主要體現在各關節(jié)的角度變化上。雖然11名受試者的肘、肩、髖、膝、背的角度因其身高和發(fā)力的大小[4]以及發(fā)力方式的不同，他們在引拍結束和擊球時肘、肩、髖、膝、背等部位的角度值會有所差異，但其在各環(huán)節(jié)的動態(tài)變化趨勢（定性）上卻有諸多共同特征。

以圖8為例進行說明，在引拍結束時刻至揮拍擊球的過程中：（1）髖關節(jié)在引拍結束附近達最小值，在揮拍擊球過程中髖關節(jié)角度的增大趨勢明顯，而大多受試者在此過程中膝關節(jié)的角度變化不明顯，膝關節(jié)是在還原附近或還原稍后的重心調節(jié)時角度有一個明顯的增大。（2）肩關節(jié)的角度在這一過程中的變化較為特殊（上文已作說明），是揮動大臂的重要環(huán)節(jié)，其在擊球后的隨揮過程中角度迅速增加。（3）肘關節(jié)在引拍結束時角度基本處于最大值附近，其在引拍至擊球這一過程中角度逐漸減小，部分運動員（8號最明顯，6、11號次之）在擊球時刻稍前或擊球時刻附近肘關節(jié)角度的減小有時會出現一個較明顯的小波動。本研究認為，肘關節(jié)角度變化的這一波動與運動員擊球時主要發(fā)力部位的不同有關系（部分球員以轉身轉肩揮大臂發(fā)力為主，也有部分球員以轉身轉肩發(fā)力起動，在最后擊球前的加速揮拍過程中以前臂發(fā)力為主，后者的這一小的波動不明顯）。（4）背部的角度在引拍結束時處于最小值附近，在向前揮拍擊球時逐步增大，隨揮結束附近達最大后開始逐步減小。（5）兩肩連線與球臺端線夾角在引拍結束時達最大角度，向前揮拍擊球過程中角度迅速減小，在隨揮結束稍前達最小角度。

圖8 正手中遠臺拉沖持拍手側肘、肩、髖、膝、背等部位的角度變化圖

綜合分析以上身體支撐結構及各部位角度動態(tài)變化可知：擊球過程中主要是“頂髖”“伸背”“轉肩”“揮大臂”“收肘”等各環(huán)節(jié)的協同發(fā)力，而從力的作用與反作用來看，以上這些環(huán)節(jié)所產生的反作用力都需要膝關節(jié)及其以下部位的“蹬地”發(fā)力作為支撐。

另外值得注意的是，受試者中8名身高在173～182 cm的運動員，無論他們在發(fā)力動作結構上的差異如何，其球拍頂點與持拍手肘關節(jié)標志點的連線在擊球瞬間與臺面幾乎都是處于平行狀態(tài)（從理論上來看，這樣的身體支撐結構最有利于把前臂的發(fā)力揮動有效地作用到球上），而身高在191 cm的那名運動員在擊球時球拍頂點的空間位置明顯稍低于肘關節(jié)標志點。這是否可以說明，相對于固定高度的乒乓球臺，身高過高或過低都會降低運動員技術結構的“相對合理性”？此問題有待后續(xù)進一步研究（當然，并不能因運動員的身高過高或過低就認定其不能達到較高的競技水平，因為競技能力非衡結構補償效應[10-11]普遍存在）。

2.2.2 正手中遠臺拉沖技術動作主要部位標志點的速度變化特征分析 擊球過程中身體各部位的運動速度是反映其空間位置移動特征最為直接的指標。就提高擊球的速度和旋轉來講，身體各部位合理移動的最終目的都是為了提高擊球時揮拍的速度及其身體支撐結構的穩(wěn)定性。對于同一種回球方式而言，擊球時揮拍速度越快則擊球會越有“力量”，揮拍速度是體現擊球“力量”最為直接的指標。

由圖9中可以看出：球拍頂點與腕關節(jié)標志點在擊球瞬間的速度在最大值附近（符合理論上最佳擊球時刻的揮拍的要求）；肩關節(jié)點的第一個速度高峰出現在擊球前（在a和b之間），擊球時肩關節(jié)點的速度稍有所下降，在擊球后又稍有上升，隨揮結束時降至最低；肘關節(jié)標志點的最大速度出現在腕關節(jié)和球拍標志點稍后。本研究認為：在開始揮拍擊球時各標志點開始加速，擊球前肩部轉動速度的適當降低會有利于擊球時手臂的調整和找點（提高擊球穩(wěn)定性）。另外，在下文對角速度的研究中發(fā)現擊球稍前肩關節(jié)前揮的角加速度突然增加會對肩部產生一定的反作用力，其也會使肩部的速度有所下降；肘部標志點的最大速度出現在擊球稍后應該是由于在擊球時有一個“頂肘”的動作。

球拍的揮動速度與揮動方向以及拍面的角度是決定擊球效果的核心要素[12]。球拍揮動的方向與拍面的角度不僅決定了擊球是撞擊多還是摩擦多，還一定程度上決定了擊出的球的初始運動方向。由此，本研究把球拍在3個基本軸向上的分速度進行了對比分析。（圖9中的拍-右、拍-前、拍-上分別為球拍頂點在3個基本軸上的速度分量，右、前、上為“+”值。）

圖9 肩、肘、腕、拍標志點合速度及拍標志點分速度變化特征圖

由圖9可以看出：正手中遠臺拉沖在引拍結束前球拍就已經開始有向上的揮動，而此時球拍向前的揮動是負值，直至引拍結束稍后球拍向前的揮動速度開始瞬間增大，并在擊球時刻達最大值；而向上揮動的最大速度則出現在觸球稍后（打住球后在快出球時加速摩擦[12]，符合前期研究“打摩結合”的理論）；在擊球瞬間球拍左右方向的揮動速度（拉沖直線時）理論上應該幾乎在“零”附近，但本研究的拉沖線路為正手位拉沖斜線，所以稍偏負值。

2.2.3 正手中遠臺拉沖技術動作各部位角速度變化特征分析 擊球過程中身體各部位的角度變化主要反映身體在不同時刻的支撐結構及其結構的變化趨勢特征，而擊球動作作為一個類似“鏈狀”的連動結構，各環(huán)節(jié)角速度的變化反映的則是不同時刻身體結構變化速度的快慢，其能較好地反映出各環(huán)節(jié)在不同時刻的貢獻率，從而彌補單純的角度和速度數據較難反映出的一些特征。如有些部位的移動速度雖然并不大，但其主動轉動時能帶動離“轉軸”位置較遠的部位有較大的速度，這時就需要用角速度的大小來體現出來。下面以11名受試者3個動作的平均數據（見表6）結合一名動作較好受試者的動態(tài)圖（見圖10）為例來進行說明。

表6中，Z、J、K、X分別為肘、肩、髖、膝等部位在擊時的角速度，JL、KL分別為擊球時肩連線、髖連線相對球臺端線的轉動角速度（m/s），V為球拍頂點的速度；帶“下劃線”的數為負值。

表6 受試者正手中遠臺拉沖技術動作擊球時各環(huán)節(jié)角速度數據統(tǒng)計表

圖10 持拍手側肘、肩、髖、膝、背、肩連線的角速度變化特征圖

結合圖10和表6的整體數據，可以做如下幾個方面的分析：（1）從擊球時的身體支撐結構來看，擊球時膝關節(jié)的角度處于較大狀態(tài)（平均角度在130°附近），此時膝關節(jié)的角速度對其上面部位的支撐向上的移動的貢獻會較?。ㄏ嗤撬俣惹闆r下，角度越小對推動頂點的移動貢獻率會越大）。而實際當中膝關節(jié)的角速度相對其它部位又非常?。ㄆ骄撬俣戎禐?0 rad/s），由此可以看出，擊球時膝關節(jié)對于提升其它部位的移動速度的直接貢獻較小。（2）擊球時刻附近肩關節(jié)的角速度非常大，這說明擊球時大臂的揮動速度較大，是提高揮拍速度的一個關鍵環(huán)節(jié)。（3）肘關節(jié)的最大角速度值并非在擊球瞬間，有的出現在擊球稍前，也有的出現在擊球稍后。擊球瞬間收前臂發(fā)力較多的受試者肘部角速度基本沒有下降（在討論角度變化的部分已對其作過解釋）。從理論上來看，肘關節(jié)的最大角速度出現在擊球時刻稍后會更有利于擊球時頂住球。（4）髖、膝、肩連線的角速度在擊球稍前出現峰值后開始有所下降，而肩關節(jié)的角速度峰值幾乎都出現在擊球稍后，說明在大多受試者引拍結束至揮拍擊球這一過程中，“頂髖”“蹬膝”“轉肩”等環(huán)節(jié)的發(fā)力在擊球稍前時有一定程度“收力”（因軀干和下肢的發(fā)力最終都要通過肩部傳遞到手臂，所以“收力”的最終效果也必然會落腳在肩連線的角速度和肩部標志點的速度上），而揮大臂這一環(huán)節(jié)則一直持續(xù)發(fā)力直到擊完球后才開始“收力”。（5）結合肩關節(jié)和肩連線的角速度變化特征（肩關節(jié)角加速度增大瞬間肩連線角速度明顯有一個減?。┛梢钥闯?，肩關節(jié)角速度的瞬間增加對肩部有一定的反作用力；另外，為了擊球時手臂能較好進行調整和找點肩部的轉動也會有一個小幅度的主動降速。（6）髖不只是單純的由后向前移動，更主要的是轉動。從運動解剖學角度來看，髖部的轉動不僅可為肩部更好地轉動提供支撐力，更主要的是其能為肩部的充分轉動提供充足的空間移動位置，即可以使肩部“空間轉動幅度”受到肩部以下身體結構的限制較少，使肩部的“空間轉動幅度”能更大，能更充分的發(fā)揮腰部的力量。（7）結合動作過程中相應環(huán)節(jié)的角度和角速度特征來看，髖、膝、背主要做由下向上的支撐運動，擊球時角度較大，且角速度在整個過程中都相對較小，而肩連線、肩、肘部主要為轉動，且在擊球前的向前向上的揮拍過程中角速度都達到較大值。由此可以看出，轉肩、送大臂、收肘這3個環(huán)節(jié)對于提升揮拍速度的貢獻率相對較大，其他環(huán)節(jié)主要是為這3個環(huán)節(jié)的充分發(fā)揮提供有利條件。

另外，因肘肩髖膝背等部位的角速度與肩連線的角速度有所不同，前者的角度主要是身體各自相鄰部位關節(jié)點的連線所構成，而肩連線的角度是相對于靜止的球臺端線所構成，由此我們可以進一步研究它們相對于球臺端線的向上和向前的角速度分量以更好地體現兩肩連線的轉動特征。具體的動態(tài)變化特征見圖11（XZ為向上轉動角速度；XY為向前轉動角速度）。

圖11 肩標志點連線在水平面和額狀面上的分角速度變化特征圖

從圖11中可以看出：引拍至最低后肩部就已經開始有向上轉動的趨勢，揮拍擊球時肩部的轉動是先快速向上后快速向前，在觸球時肩部轉動主要是向前為主，向上的轉動速度已較低。引拍結束時，持拍手側沉肩幅度較大的受試者在擊球前肩連線在額狀面上的分角速度幾乎不出現正值或正值較小。

雖然各受試者在不同環(huán)節(jié)的具體數據上有所差異，但整體上肩連線向前轉動的最大角速度出現在向上轉動的最大角速度之后是所有受試都的共同特征。肩連線的分角速度特征表明：揮拍擊球過程中，肩部的轉動先是以向上為主，而在接近擊球時刻，肩部的轉動變?yōu)橐韵蚯盀橹鳌?/p>

2.2.4 擊球過程中各主要環(huán)節(jié)標志點的整體直觀動態(tài)變化特征分析 從慢放中遠臺拉沖技術動作的三維攝像我們可以看出，還原和引拍過程中大臂與身體相對貼近，這樣更有利于快速還原和引拍（軀干轉動發(fā)力相同時，轉動半徑小則轉動速度更快）；在準備揮臂擊球時，持拍手側的胸、肩、肘等部位因軀干的轉動被一定程度的拉伸（因為向前蹬腿轉腰動作先于揮臂），其不僅有利于發(fā)揮肌肉被拉長產生的彈性勢能，也有利于使肌肉產生牽張反應從而產生更大收縮力量[13-14]。擊球過程中，非持拍手的空間位置隨著身體的轉動和起伏不斷進行微調，其在整個擊球過程中主要起到調節(jié)身體重心的平衡以及利用其慣性使持拍手更有效發(fā)揮擊球力量的作用[15-16]。

2.3 正手中遠臺拉沖技術動作的肌電特征

就乒乓球運動這一項目而言，對技術動作進行肌電方面的研究主要是為了較好地定位各項發(fā)力肌開始發(fā)力（放電開始有較明顯的上升趨勢）和最大發(fā)力（放電最大峰值）在擊球動作中所處的準確時期，并對其發(fā)力順序及其發(fā)力的持續(xù)時間進行對比分析，以更好地解釋擊球動作的發(fā)力特征。由此，本研究對于放電量大小的具體數值變化不進行統(tǒng)計，即只對開始放電、放電峰值等出現的相應時刻進行對比分析。另外，由于未經平滑處理的原始數據能更準確地反映出較大放電峰值的時刻，由此本研究對于開始放電及放電峰值時刻的定位是在Qualisys Track Manager系統(tǒng)自帶的分析軟件上通過放大時間值來對整個動作周期的放電特征進行對比的（半波），這樣有利于更準確地定位各肌肉的開始放電（激活）時刻和瞬時峰值時刻。其具體方式如下：以三角肌前束與肱二頭肌的放電對比為例，如圖12、13為放大時間后肌電呈現出來的波動圖，圖14、15分別為圖12、圖13中相應時刻的身體空間位置圖。

圖12 三角前表面肌電圖圖

13肱二表面肌電圖

圖14 三角前激活時身體位置

圖15 三角前放電最大時身體位置

圖12為三角前引拍后開始放電和放電最大時刻，圖13為三角前開始放電和放電最大時對應的肱二的放電狀態(tài)，圖14、15分別為三角前開始放電和放電最大時所對應的身體及拍頭的空間位置和結構。對比圖12、14、15可以看出：三角前在引拍至地面支反力最大時刻附近開始放電，在球拍引至最后將開始向前揮拍時放電最大；三角前的激活（放電有明顯起伏）時刻要早于肱二，且三角前的最大放電時刻也要略早于肱二。研究中開始放電和放電峰值是通過放大反應值后逐幀進行對比得出，各主要發(fā)力肌肉開始放電和放電最大時刻以及其對應的身體和球拍的空間位置都是以此方式進行。由于揮拍擊球時，持拍手側的肌肉為主發(fā)力肌，由此本研究著重對持拍手側主要發(fā)力肌肉的表面肌電（sEMG）特征進行分析。

2.3.1 持拍手側主要發(fā)力肌肉放電基本特征概述（連續(xù)擊球動作） 為了更好地歸納展示相關肌電數據，本研究首先對各主發(fā)力肌放電的基本特征進行描述，具體如下。

（1）股四內：稍引拍后就開始放電，絕大多受試者引拍將至最低稍后有一個放電峰值（給身體的下潛制動），在引拍至最左附近（稍前）再次出現一個較大放電時期，擊球前已收電（腳下先發(fā)力，后續(xù)身體和手臂有一個牽張，所以腳下先發(fā)力后手臂還稍有“左后引”），這兩個時期的峰值誰是最大也有所交替（第二次峰值為最大放電值稍多）。而股四內的最大放電值與地面支反力的最大值也并不完全一致（即有時會出現股四內的最大放電在第二次峰值時刻，而地面支反力最大卻在第一次放電峰值時刻），可能是因為引拍至最左時膝關節(jié)的角度更小，在同等壓力的情況下其需要更大的放電才能維持平衡。

（2）股二外：稍引拍后（將至膝蓋高度）就開始放電，除1號外其他受試者開始放電時刻明顯要晚于股四內（1號股四內和股二外開始放電時刻較為接近，即1號省去了稍制動后再引拍蹬地發(fā)力揮拍，而是制動與蹬腿發(fā)力幾乎同時開始），引拍至地面支反力最大附近有一個較大放電時期，引拍至最左時再次出現一個較大放電時期（此時放電振幅最大），這個峰值的出現大多稍晚于股四內，擊球前已收電；也有部分受試者股二外放電明顯開始上升的時刻稍早于股四內。結合各受試者的三維攝像動作來分析：身體在引拍結束附近稍向前傾的受試者股二外放電上升時刻和最大放電時刻稍晚于股四內，而身體相對稍偏直立下蹲的受試者股二外放電上升時刻和最大放電時刻則與股四內相當或稍早于股四內。（可附加引拍結束時刻三維攝像圖）

（3）腓腸?。翰煌茉囌咧g腓腸肌放電的差異性較大，同一受試者的不同動作之間也有差異。擊球過程中腓腸肌的放電有多次較大峰值，且最大峰值出現的時刻并不固定；部分受試者的最大放電時刻出現在引拍將至最低時刻，在即將向前揮拍時刻放電較小，而大多受試者則在即將向前揮拍時刻放電達最大。從整體上來看，腓腸肌在引拍至最低后有二、三次的峰值，多出現在引拍將至最左和將向前揮拍時刻附近（這兩個峰值是最大峰值的時候較多），擊球時刻附近大多受試者也有一個較明顯的峰值。在隨揮至還原的過程中，部分受試者還有不定次數的瞬時較大放電。

（4）腹外斜：整體過程主要有以下幾次較大放電（峰值）：引拍至最低處附近出現一次較小峰值，引拍至最左后出現一次峰值（有時為最大峰值），擊球附近出現一次峰值（有時為最大峰值），擊球后的隨揮中也出現一次峰值（不是最大峰值）。

（5）三角前：引拍至最低時開始有小幅放電，逐步增加至球拍引至最后附近達最大放電值，隨后緩慢減小放電至擊球后瞬間收電；開始還原時也有一小幅放電過程（緩降手臂），還原時刻附近收電。

（6）胸大?。阂闹磷畹秃箝_始有小幅放電，開始放電和最大放電時刻大多都稍晚于三角前。大多受試者在引拍結束附近有一次放電峰值，也有部分受試都這次峰值出現在引拍結束時刻與擊球時刻中間；還有部分受試者出現兩次峰值，一次出現在引引拍結束附近，一次出現在擊球時刻附近。

（7）三角中：開始放電時刻與三角前相近（引拍結束時大臂離身體較遠者三角中開始放電時刻早于三角前），但其放電值整體上上升較三角前慢，其在即將擊球稍前達最大放電并保持放電至擊球時（少數有稍抬大臂的動作的三角中達最大放電時刻與胸大肌相近），擊球后迅速收電，在隨揮將結束前后再次有小幅持續(xù)放電至即將還原（保持手臂緩降）；

（8）肱二：引拍至最低前就已開始小幅放電（緩降前臂），其開始放電時刻稍早于胸大肌和三角前，引拍至最左出現較大峰值，球拍至最后稍向前揮動時再次出現較大峰值（這一峰值為最大放電時刻居多），即將擊球稍前又出現較大峰值（偶爾為最大放電），擊球后迅速收電，至隨揮將結束時開始較小持續(xù)放電至基本還原。

（9）橈側腕伸?。何张妮^緊的受試者在整個動作過程中基本都有放電（引拍時伸腕較多的受試者更為明顯），一次峰值出現在引拍結束附近或稍后（伸腕），另有一次峰值出現在擊球稍前（展腕），這兩次峰值哪次為最大放電值并不固定。

（10）尺側腕屈肌：握拍較緊的受試者在整個動作過程中基本都持續(xù)中等強度放電，握拍較松者則在隨揮結束開始還原時基本停止放電，持續(xù)至引拍最低后又開始小幅度放電；引拍結束后有開始增大放電，在開始向前揮拍附近放電最大（主要是用于抓拍上），在即將觸球時再次出現一個峰值（收手腕），觸球后放電逐步減小。

以上為綜合所有測受試者的基本特征來進行的描述，對過于細節(jié)的或少數不規(guī)律的特征并沒有討論，其原因為：（1）并不一定每個動作都符合理論標準；（2）現實擊球過程中的動作都會有細微的調整，從而使得極少數受試者在某些環(huán)節(jié)的測量指標有所波動。

2.3.2 持拍手側主要發(fā)力肌肉出現最大放電時刻的時序特征（從開始引拍后計） 股四內出現最大放電時刻最早，股二外緊隨其后，腹外斜隨股二外后有一個較明顯的峰值（在引拍至最左時刻附近），此峰值有時為最大放電（其因個人的發(fā)力習慣不同而有所差異）；胸大、肱二、三角前的最大放電時刻幾乎相當，都在即將向前揮拍時刻附近，它們的最大放電時序隨著動作的變化會有所交替，但都非常接近；三角肌中束的最大放電時刻大多晚于三角肌前束，但其又明顯早于腹外斜的第二次峰值（此峰值有時為最大放電）；尺側腕曲肌在胸大、肱二、三角前出現最大放電時刻附近出現一次峰值，在將擊球前再次出現峰值，這二次峰值哪個是最大值會因人而異（前一次峰值是球拍瞬間開始向前加速時手指適度收縮用于穩(wěn)定球拍，后一個峰值主要為擊球前手腕快速收縮甩腕以更好地給球拍加速。理論上來看，在擊球前的峰值為最大放電時刻更為合理）；腓腸肌最大值的出現并不穩(wěn)定，因此未列入對比。

2.3.3 持拍手側主要發(fā)力肌肉放電波動及放電持續(xù)時間特征 雖然各測量對象不同部位的皮脂厚度不同，且皮脂厚度對肌電信號的強弱有較大影響[8-9]，個體自身不同部位肌肉體積大小也有較大差異，其各部位的放電值大小并不能準確確定不同部位肌肉在整個擊球動作中實際做功的大小，但各肌肉的放電動態(tài)特征圖還是能在一定程度能反映出肌肉的激活順序、放電持續(xù)時間及其自身瞬間相對功率等方面的差異，由此本研究對部分主發(fā)力肌肉的放電波動及其放電的持續(xù)時間數據進行了相應的處理并作分析。首先對肌電的原始數據進行全波整流（將負值轉換為正值），然后使用OriginPro8.0軟件對其進行了平滑處理。其結果如圖12：縱坐標為平滑處理后各肌肉的放電值大小，橫坐標為時間，a1、a2、a3為引拍結束時刻附近，b1、b2、b3為擊球時刻附近，c1、c2、c3為隨揮結束時刻附近，d1、d2、d3為還原時刻附近；截取的時間段均為1 500～5 000 ms。

圖16 持拍手側主發(fā)力肌的放電波動及其放電持續(xù)時間變化特征

以圖16為例進行分析：三角前和肱二持續(xù)較大放電時間相對較短，放電和收電隔較明顯，快放快收，其最大放電值時刻都出現在引拍結束時刻附近，是手臂快速揮出的關鍵環(huán)節(jié)；股四內、腓腸肌、三角中持續(xù)放電時間較長，但放電值相對三角前明顯較??；尺側屈由于手握球拍的原因幾乎一直處于放電狀態(tài)，在擊球稍前放電達最大值后迅速減?。还啥夥烹姇r間較短且放電值較小，放電和收電間隔明顯；腹外斜持續(xù)放電時間較長，其第二個峰值幾乎出現在擊球時刻；下肢肌開始發(fā)力和發(fā)力峰值的出現時刻整體上要早于上肢肌。

2.4 正手中遠臺拉沖技術動作地面支反力的主要特征

圖17中a1、a2、a3分別為引拍結束時刻附近，b1、b2、b3分別擊球時刻附近，c1、c2、c3分別為揮隨結束時刻附近，d1、d2、d3分別為還原時刻附近。圖17中各受試者圖例的上半部分均為持拍手側的腳下地面支反力FR（三者均為右手持拍），下半部分為非持拍手側的腳下地面支反力FL。因左腳支反力向右的時候多，由此在數據的顯示上多為負值（測力臺數據采集時設計向左、向前、向上為正值）。

從圖17中可以看出：稍開始引拍后（引至膝蓋高度附近）右腳向上支反力有一個小波谷，其是通過減小支撐力來降低重心；右腳向上支反力和向左支反力的最大值出現時刻非常相近，而向前支反力最大值出現的時刻要明顯晚于向上和向左，這說明中遠臺拉沖時右腳先向下方最大發(fā)力，稍起動后再向后最大發(fā)力，這也一定程度上吻合了股二外的最大放電時刻要稍晚于股四內的肌肉放電特征以及肩連線（轉腰）先向上轉后向前轉特征。結合乒乓球正拉沖時的身體整體結構和下肢肌肉的發(fā)力收縮的特征與作用來看，下肢發(fā)力使地面支反力向前（使軀干向前運動）主要就是靠股二外的收縮，股二外的收縮（頂髖）效果必然從整體上影響到轉腰轉肩的效果，其是揮拍“向前”成分的關鍵環(huán)節(jié)。

圖17 正手中遠臺拉沖地面支反力特征示意圖

對比各受試者的地面與反力變化特征可以看出：右腳向左支反力（FR）在最大時刻時左腳向右的支反力（FL）較??；隨后FR逐漸減小而FL逐漸增大，在擊球時刻附近FR趨近最低時FL已達一個小峰值，FR持續(xù)在最低值附近至稍開始還原后才開始增加，在還原時刻附近達“次峰值”；而FL則在擊球后開始逐步減小，至隨揮結束時又開始增大，在將至還原時已達最大值。從整體上看，FR和FL之間的變化特征說明受試者在擊球的過程中重心有左、右的移動。而在前、后的支反力上，從圖17中的相關曲線可明顯看出左、右腳前、后支反力的“相反”趨勢，重心的前、后交換體現得非常明顯。

3 結論

（1）正手中遠臺拉沖（右手持拍者）的引拍路線是先向右后下，在引拍至最低后，引拍的運動軌跡逐步轉為向“左后上”；還原和引拍過程中大臂與身體相對貼近，有利于軀干的快速轉動引拍和移動步法起動時身體的緊湊性；持拍手臂在向前揮動前，胸、肩、肘部有一個類似“超越器械”的牽張拉伸，有利于更好地發(fā)揮擊球力量；非持拍手在擊球過程中起到調節(jié)身體重心的平衡以及利用其慣性使持拍手更有效發(fā)揮擊球力量的作用。

（2）在引拍結束時刻至揮拍擊球的過程中：髖關節(jié)在引拍結束稍前已達最小角度，膝關節(jié)在引拍結束后達最小角度并在擊球前角度開始增大；肘關節(jié)在這一過程中角度逐漸減小。

（3）正手中遠臺拉沖在引拍至最低后持拍手側肩部已開始有向上轉動的趨勢，在引拍結束時肩部向上的轉動角速度已開始趨向于最大值；揮拍擊球時肩部的轉動是先快速向上后快速向前，在觸球前肩部轉動主要是向前為主，向上的轉動速度已較低；觸球前肩部向前的轉動速度有一個明顯的小幅下降。

（4）正手中遠臺拉沖時球拍向前揮動的速度峰值最大，且向前的最大速度幾乎出現在擊球瞬間，而向上揮動的最大速度則出現在觸球稍后。

（5）正手中遠臺拉沖持拍手側主要發(fā)力肌肉出現最大放電時刻的時序特征：從整體來看，大腿部肌肉出現最大放電最早，緊隨其后腰腹部肌肉出現最大放電；胸大、肱二、三角前的最大放電時刻幾乎相當，都在即將向前揮拍時刻附近；三角肌中束的最大放電時刻要晚于三角肌前束；腹外斜與尺側腕曲肌在胸大、肱二、三角前出現最大放電時刻附近出現一次峰值，在將擊球前再次出現峰值；腓腸肌放電最大值的出現并不穩(wěn)定。

（6）正手中遠臺拉沖持拍手側地面向上支反力最大值的出現時刻明顯早于向上支反力最大值的出現時刻，說明中遠臺拉沖時持拍手側腿是先向下方最大發(fā)力，稍起動后再向后最大發(fā)力。

（7）腰部以下的髖、腿等部位主要起到調整擊球空間位置、輔助起動、為腰部以上的轉動提供支撐反作用力等作用，而能有效提升揮拍速度的核心環(huán)節(jié)在于轉腰、揮大臂、收前臂；腰部較早發(fā)力轉動用于起動，后續(xù)提高揮臂速度的主要發(fā)力環(huán)節(jié)是在三角肌中前束、肱二頭肌、腕屈肌群和腕伸肌群，觸球稍前腰部再次參與發(fā)力；各部位的整體協調使身體在引拍結束和擊球時有較好的支撐發(fā)力結構，為手臂的充分揮動創(chuàng)造有利空間條件；隨揮至還原時身體隨勢成“抱團”趨勢，以減小轉動慣量使身體能快速還原。

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Biomechanical Characteristics of Middle Court Forehand Loop Drive Technique

JIANG Jinjun，YAO Jiaxin，MENG Qinghua
（Tianjin University of Sport，Tianjin 300381，China）

Corresponding indicators of 11 excellent male table tennis players when they are stroking with technique of middle court forehand loop drive are tested by Qualisys three-dimensional motion capture and analysis systems，surface electromyography and Kistler force platform synchronizedly.After com?parative analysis，It is found that the shoulder was firstly rotated upwards fast and then forwards during the bat was hitting，and it was mainly rotated for?wards when touching balls while the speed is much lower upwards.The maximum speed nearly occurred in the moment of hitting when bat vertex moves forwards，while the maximum speed appeared after touching the ball when upwards.The main function of legs and other parts below the waist was to adjust the body’s space position，assist starting and provide reaction force for the rotation of the parts above waist when hit ball.The core link of increasing racket’s swing speed was turning waist，waving arm and contracting forearm.After the end of the swinging，the body should form a"round"trend to reduce the inertia of the body’s rotation and let the body can quickly restore.The time of the muscles’maximum discharge of thighs was the earliest and the external oblique in hot pursuit.The time of the muscles’maximum discharge of ectopectoralis，bicipital muscle of arm and deltoid are almost equal and all them ap?pears nearby the moment of waving the bat forward.There is a regular timing when the maximum discharge time appears in the main forcing muscle of the hitting arm side.The maximum discharge time of ground support reaction force upwards appears much earlier than that in forward direction.

table tennis;middle court forehand loop drive;biomechanical characteristics

G 846

A

1005-0000（2016）06-506-09

10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2016.06.009

2016-05-13；

2016-08-05；錄用日期：2016-08-06

蔣津君（1979-），男，湖北黃岡人，副教授，在讀博士研究生，研究方向為體育教育訓練學（乒乓球教學與訓練）。

1.天津體育學院體育教育訓練三系，天津300381；2.天津體育學院競技運動心理實驗室，天津300381；3.天津體育學院體育文化傳媒系，天津300381。