韓銳

摘要：劃船器早前一直被運(yùn)用在競技賽艇運(yùn)動的訓(xùn)練中，隨著國民體育意識的不斷提高、劃船器的全面升級以及人們的物質(zhì)水平的提高，劃船器逐漸的進(jìn)入家庭。市面上最常見的風(fēng)阻劃船器多用于賽艇訓(xùn)練，水阻劃船器多用于家庭與健身房中。兩種不同阻力源的劃船器的鍛煉效果是否有差異呢？因此本文利用運(yùn)動捕捉系統(tǒng)和表面肌電系統(tǒng)，通過實驗法對測試者在水阻和風(fēng)阻兩種不同劃船器上肌肉用力特征及關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)變化等方面進(jìn)行研究。從肌肉被激活的順序看符合劃槳運(yùn)動的用力原理，從肌肉的貢獻(xiàn)率可以看出劃船器能達(dá)到很好的鍛煉效果。

關(guān)鍵詞：水阻；風(fēng)阻；劃船器；表面肌電；運(yùn)動捕捉；肌肉用力特征；關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)變化

一、 前言

現(xiàn)在的社會和經(jīng)濟(jì)水平的持續(xù)改善，人們的生活質(zhì)量不斷提高，人們的健身意識也在加強(qiáng)。國家公布的一項調(diào)查顯示，截至到現(xiàn)在為止中國的體育人數(shù)占總?cè)藬?shù)的33.9%。健身器材也在全民健身的熱潮中逐漸的發(fā)展起來。

本文研究針對的是劃船器，其之前一直被運(yùn)用在競技賽艇運(yùn)動的訓(xùn)練中，隨著國民體育意識的不斷提高、劃船器的全面升級以及人們的物質(zhì)水平的提高，劃船器逐漸的進(jìn)入家庭。劃船器的原理是通過阻力來使肌肉被動收縮，來達(dá)到健身的目的。

本文運(yùn)用較為先進(jìn)的運(yùn)動學(xué)評價設(shè)備（vicon）運(yùn)動捕捉系統(tǒng)和表面肌電系統(tǒng)，通過實驗采集測試者的相關(guān)數(shù)據(jù)，對水阻以及風(fēng)阻兩種不同條件下人體的肌肉用力特征及運(yùn)動學(xué)變化等指標(biāo)進(jìn)行分析，有利于幫助我們了解人體在使用這兩種不同阻力源劃船器時，人體肌肉、關(guān)節(jié)的各種變化。它對普通人群選擇健身器材、力量訓(xùn)練的效果分析以及全民健身的推廣具有指導(dǎo)意義。

二、 實驗設(shè)計

（一） 測試設(shè)備的介紹

1. 測功儀的介紹

（1） 水阻劃船器一臺；

（2） 風(fēng)阻劃船器一臺。

2. vicon的介紹（運(yùn)動捕捉系統(tǒng)）

運(yùn)動捕捉技術(shù)，是一種利用高科技的三維運(yùn)動捕捉系統(tǒng)對運(yùn)動員的技戰(zhàn)術(shù)實時指導(dǎo)和對運(yùn)動物體的實時采集和數(shù)字分析技術(shù)。從原理維度上劃分，可分為機(jī)械式、電磁式、光學(xué)式、聲學(xué)式運(yùn)動技術(shù)捕捉四種類型。

3. 表面肌電系統(tǒng)的介紹

肌電是指運(yùn)用電子學(xué)儀器記載肌肉靜止或緊縮時的電活動，及應(yīng)用電刺激檢查神經(jīng)、肌肉興奮及傳導(dǎo)功能的方法。國內(nèi)外很多的專家學(xué)者用表面肌電系統(tǒng)來收集運(yùn)動員的肌肉信息，以肌電圖的形式反饋出來，通過對比研究得出的結(jié)果來指導(dǎo)運(yùn)動員訓(xùn)練。通過原始肌電圖可以判斷肌肉的活動順序和肌肉失活、激活的時間，以及評價肌肉之間的調(diào)和性；通過肌肉的張力和肌肉纖維長度的變化來研究運(yùn)動中肌肉工作性質(zhì)的等。

4. 劃槳動作的介紹

在賽艇運(yùn)動的技術(shù)動作中，劃槳是非常重要的一個動作，劃槳動作看似難學(xué)，其實不然，很多人都可以快速學(xué)會。劃槳動作一共可以分為兩部分，一部分是拉槳，另一部分是回槳。它的原理是拉槳是劃槳的作用階段；回槳是放松過程，以籌備下次拉槳。回槳的身體運(yùn)動基本是拉槳的逆過程。這些動作連貫起來就是劃槳。

提槳時，兩只手臂伸直，頭部處于正中心，兩肩放平，挺直腰腹。上身處于一點(diǎn)鐘位置，肩膀在臀部位置之前。小腿垂直，不前傾。腳掌完全接觸踏板。

拉槳開始時，慢慢伸長手臂。當(dāng)手和槳柄過膝蓋后，膝蓋立即彎曲，在滑軌上，臀部帶動座位慢慢向前滑，上身前傾至一點(diǎn)鐘方向。

拉槳結(jié)束時，雙手伸直，上身保持一點(diǎn)鐘位置，雙腿慢慢開始發(fā)力蹬踏板。雙腿伸直的過程中，上身后傾至十一點(diǎn)鐘方向，直線向后拉槳至下肋處。

回槳時，雙腳伸直，雙手抓住手柄，將其放在下肋處。當(dāng)上身處于十一點(diǎn)鐘位置的時候，身體則依靠核心肌肉的撐持略向后仰。頭部位于中間位置。肩頸放松，雙手慢慢劃過身體，腕關(guān)節(jié)放平。

（二） 實驗設(shè)計

1. 實驗場地

武漢體育學(xué)院某實驗室

2. 受試人員

一名普通男大學(xué)生

3. 實驗方案

（1） Vicon實驗：

場地的布置：用八臺紅外高速攝像機(jī)圍成圓狀，對劃船器的技術(shù)動作進(jìn)行拍攝。水阻劃船器放置于圓狀中心位置。

實驗進(jìn)行：在受試者身上39個點(diǎn)貼上Mark點(diǎn)，如圖1，讓測試者在水阻以及風(fēng)阻劃船器上面各做劃槳技術(shù)動作（三個來回為一次），待電腦上收集完成實驗數(shù)據(jù)則視為實驗成功，受試者要求成功測試三次，然后收集實驗數(shù)據(jù)，測試者待實驗完畢后離開。

（2） 表面肌電實驗：

在受試者身上選取三角肌、肱二頭肌、背闊肌、豎脊肌、股四頭肌以及脛骨前肌等六塊肌肉（選擇人體左側(cè)肌肉）貼附無線電極和傳感器。先用海綿蘸取酒精擦拭六塊肌肉以消毒，待酒精風(fēng)干之后在肌肉上貼附無線電極和傳感器。讓測試者在水阻以及風(fēng)阻劃船器上面各做劃槳技術(shù)動作（三個來回為一次），待電腦上收集完成實驗數(shù)據(jù)則視為實驗成功，受試者要求成功測試三次，然后收集實驗數(shù)據(jù)。

4. 實驗注意事項

實驗前，檢查設(shè)備主機(jī)與鏡頭導(dǎo)線的連接情況，檢査電腦與信號采集器的連接情況，以及電腦顯示端同步信號發(fā)送和接收情況等；讓受試者進(jìn)行簡單的熱身運(yùn)動然后再進(jìn)行實驗，但要防止出汗不利于電極的貼附；詳細(xì)登記受試者的年齡、體重、身高、踝關(guān)節(jié)寬度、腿長、膝關(guān)節(jié)寬度等身體生理參數(shù)，并告知測試者測試流程，使其熟悉職責(zé)，配合好實驗。

三、 結(jié)果與分析

（一） 表面肌電實驗結(jié)果與分析

1. 肌肉的貢獻(xiàn)率

由表1和表2可以看出受試者在風(fēng)阻劃船器上做實驗時肌肉的貢獻(xiàn)率由高到低依次為三角肌、肱二頭肌、背闊肌、脛骨前肌、股四頭肌、豎脊肌。每一次實驗貢獻(xiàn)率的百分比都相差不大。受試者在水阻劃船器上做實驗時肌肉的貢獻(xiàn)率由高到低依次為三角肌、肱二頭肌、背闊肌、豎脊肌、股四頭肌、脛骨前肌。背闊肌以及脛骨前肌三次實驗的數(shù)據(jù)差別較大，除此之外其他四塊肌肉的數(shù)值相差不大。肱二頭肌的貢獻(xiàn)率水阻的大于風(fēng)阻的；三角肌的貢獻(xiàn)率水阻的小于風(fēng)阻的；背闊肌的貢獻(xiàn)率水阻的大于風(fēng)阻的；豎脊肌的貢獻(xiàn)率水阻的大于風(fēng)阻的；股四頭肌的貢獻(xiàn)率水阻的大于風(fēng)阻的；脛骨前肌的貢獻(xiàn)率水阻的小于風(fēng)阻的。endprint

2. 肌肉的激活順序

由表 3和表4可以看出受試者在風(fēng)阻劃船器上做實驗時肌肉的激活順序依次為脛骨前肌、肱二頭肌、背闊肌、三角肌、股四頭肌、豎脊肌，而且每一次實驗的肌肉被激活開始的時間是一樣的。受試者在水阻劃船器上做實驗時肌肉的激活順序是脛骨前肌、三角肌、股四頭肌、肱二頭肌、背闊肌、豎脊肌，每一次實驗肌肉被激活開始的時間都不太一樣。肱二頭肌等六塊肌肉被激活開始的時間水阻的都要大于風(fēng)阻的。

（二） 運(yùn)動捕捉系統(tǒng)實驗結(jié)果與分析

1. 關(guān)節(jié)角度的變化

如圖3為受試者在水阻劃船器上人體左側(cè)關(guān)節(jié)角度的變化趨勢。實驗選取了肘關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等三個關(guān)節(jié)。從圖中可知肘關(guān)節(jié)的角度是先上升后下降，然后趨于平穩(wěn)。髖關(guān)節(jié)角度是先下降再上升，最后趨于平穩(wěn)。膝關(guān)節(jié)角度則是先下降后上升。在30%周期各關(guān)節(jié)角度達(dá)到突變點(diǎn)，說明此時受試者處于回槳階段。膝關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的曲線波動較大，髖關(guān)節(jié)的曲線波動較小，說明在劃槳過程中手部以及腿部的運(yùn)動程度高于髖部。

圖3為受試者在水阻劃船器上人體右側(cè)關(guān)節(jié)角度的變化趨勢。實驗選取了肘關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等三個關(guān)節(jié)。從圖中可知肘關(guān)節(jié)的角度是先上升后下降，然后趨于平穩(wěn)。髖關(guān)節(jié)角度是先下降再上升，最后趨于平穩(wěn)。膝關(guān)節(jié)角度則是先下降后上升再下降。左側(cè)與右側(cè)相比，關(guān)節(jié)角度變化基本一致。

圖4為受試者在風(fēng)阻劃船器上人體左側(cè)關(guān)節(jié)角度的變化趨勢。實驗選取了肘關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等三個關(guān)節(jié)。從圖中可知肘關(guān)節(jié)的角度是先上升后下降，然后趨于平穩(wěn)。髖關(guān)節(jié)角度是先下降再上升，最后趨于平穩(wěn)。膝關(guān)節(jié)角度則是先下降后上升再趨于平穩(wěn)。與水阻劃船器不同的是，風(fēng)阻劃船器在50%周期各關(guān)節(jié)角度達(dá)到突變點(diǎn)，此時受試者處于回槳階段。說明水阻劃船器比風(fēng)阻劃船器更快到達(dá)突變點(diǎn)。膝關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的曲線波動較大，髖關(guān)節(jié)的曲線波動較小，說明在劃槳過程中手部以及腿部的運(yùn)動程度高于髖部。

圖5為受試者在風(fēng)阻劃船器上人體右側(cè)關(guān)節(jié)角度的變化趨勢。實驗選取了肘關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等三個關(guān)節(jié)。從圖中可知肘關(guān)節(jié)的角度是先上升后下降，然后趨于平穩(wěn)。髖關(guān)節(jié)角度是先下降再上升，最后趨于平穩(wěn)。膝關(guān)節(jié)角度則是先下降后上升再趨于平穩(wěn)。左側(cè)與右側(cè)的曲線變化趨勢基本一致。

（三） 實驗結(jié)果

由表面肌電系統(tǒng)與運(yùn)動捕捉系統(tǒng)對水阻、風(fēng)阻劃船器進(jìn)行的實驗，可以得出以下結(jié)論：

1. 肌肉的貢獻(xiàn)率：

三角肌>肱二頭肌>背闊肌>脛骨前肌>股四頭肌>豎脊肌

2. 肌肉激活的順序：

水阻：脛骨前肌、三角肌、股四頭肌、肱二頭肌、背闊肌、豎脊肌

電磁阻：脛骨前肌、肱二頭肌、背闊肌、三角肌、股四頭肌、豎脊肌

3. 各關(guān)節(jié)的角度變化大?。?/p>

膝關(guān)節(jié)>肘關(guān)節(jié)>髖關(guān)節(jié)

四、 結(jié)論與展望

通過對水阻、風(fēng)阻劃船器的實驗，我們可以得出結(jié)論。表面肌電實驗證明了肌肉的貢獻(xiàn)效率水阻劃船器與風(fēng)阻劃船器是一致的。而肌肉的激活順序兩者卻有所不同。運(yùn)動捕捉系統(tǒng)實驗證明了各關(guān)節(jié)的角度變化大小，水阻和風(fēng)阻劃船器是一致的。總體而言，在劃船器上鍛煉時，從肌肉被激活的順序看符合劃槳運(yùn)動的用力原理，從肌肉的貢獻(xiàn)率可以看出水阻劃船器和風(fēng)阻劃船器都能達(dá)到很好的鍛煉效果。

本文的研究為全民健身提供了鍛煉的方式以及參考的依據(jù)，也為今后更多健身器材在設(shè)計和改進(jìn)的方法和手段上提供了參考。endprint