男子羽毛球選手正手殺球動作的生物力學分析

劉剛 紀仲秋 李旭龍

(北京師范大學體育與運動學院 北京 100875)

現代羽毛球運動起源于印度,形成于英國。羽毛球運動是在20世紀初傳入我國的。進入新世紀,我國羽毛球運動水平取得了長足的發展,中國羽毛球隊在2000年悉尼奧運會上取得了男子單打、女子單打、女子雙打和混合雙打4枚金牌;2004年中國男子羽毛球隊12年后重新奪回湯姆斯杯,中國女子羽毛球隊連續4年獲得尤伯杯;在2004年悉尼奧運會上中國取得女子單打、女子雙打和混合雙打3項冠軍,中國羽毛球運動全面開花。2008年北京奧運會上中國取得男子單打、女子單打、女子雙打的冠軍。2012年倫敦奧運會更是破紀錄的包攬羽毛球項目全部5個項目的金牌,中國羽毛球隊再次取得輝煌的成績。

羽毛球運動對場地器材要求不高,運動負荷容易調節以及少數人參與的優越性而被大眾所接受,它符合不同年齡、不同性別、不同技術的人進行鍛煉,是一項具有深厚文化底蘊,深受廣大群眾喜愛的體育運動[1]。羽毛球運動能全面鍛煉人的身體,增強人身體機能,無論是專業羽毛球運動員進行有規則的比賽,還是業余羽毛球愛好者進行一般性的健身活動,他們都要在場地上不停地進行跑動、跳躍、轉體,合理地運用各種技術和戰術將羽毛球回擊到對手的場地上去。因此,經常打羽毛球不僅可以提高上肢、下肢和軀干的肌肉力量,還可以增強鍛煉者心血管系統和呼吸系統的功能。羽毛球基本擊球技術包括擊高遠球、殺球、吊球、放網前球、搓球、推球、鉤球、撲球、挑高球、平抽球等[2]。羽毛球擊球技術多種多樣,手臂、手指、手腕等動作上的細微差別會導致球飛行的線路、方向、力度、角度等多方面有很大的不同。殺球具有飛行路線短、弧線直、時間短、下落快的特點,是進攻隊員必須掌握的技術。殺球的擊球方式有正手、反手和繞頭頂殺球3種,其中正手殺球技術是其中應用最多,也是最有效的殺球方式。

當今羽毛球運動技術的發展趨勢以拉吊為主,在比賽中球員獲得殺球的機會變得越來越少,殺球更多的成為比賽得分的“引線”[3]。尤其是在雙打比賽中我們可以看到,扣殺往往是決定比賽主動權的關鍵[2]。良好的扣殺技術可有效的陷對手于被動,打亂對方的步法、站位,破壞對方的戰術,甚至直接得分。扣殺是一項十分消耗體能的技術動作,如果沒能起到應有的效果,則在后續比賽進程中就會使自己陷入被動。在雙打比賽中,殺球的數量和殺球的得分率不一定成正比,殺球的得分率不是取決于殺球的數量,而是取決于殺球的準確性[4]。殺球落點刁鉆,可使對手防守回球的質量下降,從而為自己提供更多的封網機會。所以,羽毛球打法的發展不是降低了殺球技術的難度,而是對其提出了更高的要求。

本文應用三維攝像和表面肌電測定的方法,獲取羽毛球正手殺球動作的運動學數據,并同步測定參與完成該動作的主要肌肉的放電量。在揭示正手殺球技術動作基本原理的同時,對羽毛球正手殺球動作的肌肉活性的規律與特征進行分析,探討做正手殺球動作時,相關肌肉的用力特征以及影響正手殺球動作速度和質量的關鍵因素,為羽毛球運動的參與者提高技術水平和避免傷病提供可借鑒的理論依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為3名北師大羽毛球專業男子運動員,3名運動員熟練掌握正手殺近網球和正手殺遠網球兩種技術動作。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

按照研究的方向,在中國學術期刊網上收集有關羽毛球技術動作、羽毛球教學和開展狀況方面的文章,并進行相關資料的收集、整理、分析、提煉,在整理的過程中發現文獻隱含的規律性和本質性的觀點與認識,充實論文素材。

1.2.2 三維標定及現場拍攝

對場地用PEAK三維框架分別進行標定。在解析時根據運動員的運動范圍進行標定,保證標定空間能夠滿足動作解析的需要。對標定精度進行測量,保證精度誤差不超過3%滿足本研究的需要。使用兩臺日本JVC GR-DVL9800sH攝像機從場地兩定點同步拍攝運動員動作技術的錄像,拍攝頻率為100Hz(圖1)[5].

1.2.3 影像解析

對所拍攝到的原始材料,利用軟件進行數字化處理,應用美國Ariel運動生物力學高速解析系統,及應用系統人體模型22個關節點和PEAK框架25個環節控制點進行解析。然后對數據進行DLT法處理,將二維數據轉換為三維數據,用數值濾波法進行平滑,解析的過程中截斷頻率為6。運動空間3個軸方向為:運動方向為X,與X軸在水平面上垂直為Y軸,垂直于水平面的軸為Z軸。在解析的剪切圖像過程中,運用兩臺攝像機都能拍到的右腳離地時間設為時間同步點。(見圖1、圖2)

1.2.4 表面肌電測定

實驗儀器主要是表面肌電測試儀、數碼攝像機和一次性表面電極,所測試肌群為:尺側腕屈肌(FCU)、橈側腕伸肌(ECR)、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)、岡下肌(INF)。

肌電是神經、肌肉興奮發放電的結果,是肌肉運動單位在收縮時所產生的生物電活動的集合。表面肌電(Surface Electromy ogram,SEMG)信號是從皮膚表面通過點擊引導、記錄下來的神經肌肉系統活動時的一維時間序列信號,其時頻特征與肌肉的活動狀態和功能狀態之間存在著不同程度的關聯性,能在一定程度上反映神經肌肉的活動。由于這種采集技術簡便易行,無創傷,對技術動作的干擾小,易于被試者接受,因而在競技體育科學研究方面具有重要的實用價值。

在進行表面肌電測試時,首先用酒精棉球清洗受試者局部皮膚,使用剃須刀將皮膚表面刮凈,再用細砂紙將皮膚表面打磨,用酒精棉球清洗和去除皮膚表面的油脂。待運動員準備活動完畢之后再用酒精棉球清洗所測肌肉肌腹處。表面肌電型號的采集頻率為1000Hz,電極設置完畢后進行零點檢查,并晃動導線和敲擊電極進行噪音檢查。被測試運動員至少進行過3年羽毛球運動,接受過正規羽毛球訓練,在測試之前24h內沒有進行劇烈運動,無肌肉疲勞現象。

肌肉的興奮程度高可以說明兩個問題:一是肌肉已經疲勞,因為在完成相同負荷的工作狀態下,肌肉疲勞時肌電的振幅增值增加:當肌肉疲勞時,為了保持規定的肌力,肌肉不得不動用更多的肌纖維參加運動,這樣導致肌肉放電能力增大。但是在測試時運動員只進行了3次測試,24h內沒有進行過劇烈的運動,肌肉不可能疲勞。二是說明這幾塊肌肉是發力過程中的主要用力肌群,發力過程主要依靠這幾塊肌肉的收縮來完成[6]。在進行實驗的過程中,我們已經確定被試者在進行試驗之前24h內沒有進行過劇烈運動,因而可以排除第一方面的原因,在實驗中肌肉的興奮程度可以反映用力肌群的發力多少和貢獻率。研究某個動作參加工作的肌肉活動情況,從生理學的角度來說是肌肉之間的協調關系,從運動訓練的角度來說是運動技術的問題。肌電圖可以很好評定某個動作的肌肉激活的先后順序和肌肉發力的順序以及它們之間的協調性關系和停止活動的先后順序,這對于運動技術是非常重要的。

1.2.5 數理統計法

運用SPSS 18.0統計軟件對數據進行處理,配對樣本T檢驗進行兩種發球方式的差異,差異顯著性標準P<0.05。

1.2.6 相關指標定義

正手:用持拍手掌心一側的拍面擊球[7]。

羽毛球殺球:是把對方擊來的球在盡量高的擊球點上斜壓下去。這種球力量大、弧線直、落地快,給對方的威脅很大。它是進攻的主要技術[8]。

拉吊突擊:羽毛球比賽中運動員采用打后場高球和吊前場球來尋找機會,然后突然進攻的一種戰術打法[9]。

殺上網:羽毛球比賽中運用大力殺球從而贏得網前控制權,是羽毛球運動員經常采用的一種進攻性的戰術打法[10]。

鞭打動作:鞭打動作是體育運動中常見的技術動作,為了掌握完成某一動作,常需要兩臂(手)或兩腿(足)具有盡可能大的運動速度,以達到增加動作的速度和力量,提高動作技術的質量,這些動作類似抽鞭子時的鞭打動作[11]。

2 結果與分析

2.1 高速攝影及Ariel分析

2.1.1 上臂與前臂的運動速度分析

正手殺近網球較正手殺遠網球上臂最高速度差異具有顯著性,羽毛球正手殺球是上臂帶動前臂的發力過程,羽毛球正手殺球動作屬于典型的鞭打動作[12]。羽毛球殺球的速度是指羽毛球離開球拍的瞬時速度。羽毛球的運動軌跡是由球拍擊球瞬間的拍面角度和拍速決定的。隨著羽毛球器材和場地等外部條件的優化,羽毛球的運動技術也經歷了較多的改變,由之前的對打平高球技術轉變為以“拉吊突擊”和“殺上網”為主的進攻性戰術,特別是高強度碳素材料在羽毛球拍的引進,使得殺球在比賽中的應用大幅度的增加,高水平的比賽中更多的講究殺球的快速性和突然性[13]。其中快速性是要大幅度的發力,使得羽毛球獲得一個最大的速度,從而突破對手的防線;而突然性是指在做羽毛球殺球動作時,上臂帶動前臂瞬間發力,從而使球拍達到一個最大的加速度,使對手猝不及防,從而突破對方防線[14]。因此羽毛球殺球動作更強調上臂帶動前臂在擊球前一瞬間的完成加速過程,使羽毛球拍達到一個最大速度,從而傳遞給羽毛球一個最大的動量,實驗數據可以說明這一點。

從表1我們可以看到,羽毛球正手殺近網球動作中上臂和前臂的最高速度分別是2.41～3.32m/s和6.64～8.87m/s。羽毛球正手殺遠網球動作中上臂和前臂的最高速度分別是3.23～4.72m/s和6.99～8.26m/s。羽毛球正手殺進網球時上臂的速度都低于正手殺遠網球。球的運行速度和弧線是由擊球瞬間球拍的角度和速度決定的,由于實驗中3名運動員使用同一球拍擊打同一種羽毛球,在球拍和羽毛球的性能大致相同的情況下,可以看出在前臂速度大致相同的情況下,正手殺遠網球需要上臂有更快的速度,差異具有顯著性。正手殺近網球要求落點尖銳,要求球的入射角度大,擊球點一般要高,因而上臂的發力相對不明顯。而正手殺遠網球要球球速快,落點靠后場,入射角度小,擊球點相對低一些,要求動作具有突然性,因而上臂發力明顯。

2.1.2 肩角分析

羽毛球正手殺球是一項進攻技術,在比賽中較多的被運動員使用[15]。初學者對扣殺技術動作往往認識不足,在扣殺時身體姿勢容易發生變形,導致殺球下網[16]。這些錯誤的身體姿勢主要包括:身體過度前壓和身體后倒。許多初學者在殺球結束時錯誤的將身體連同手臂一起壓下去,他們認為這樣可以加大殺球的速度,增加殺球的效果。其實不然,在殺球時,身體過于下壓,動作幅度過大容易影響球拍和球的接觸角度,造成扣球下網。而且,過度的身體下壓還會導致重心不穩定,增加機體運動的負荷,影響下一拍擊球。因此研究殺球時的肩角具有一定的必要性。

在表2中我們可以看到運動員在做正手殺近網球的動作時,肩角最大值范圍是168.7°～172.9°,而正手殺遠網球的肩角最大值范圍是109.8°～126.2°。正手殺近網球的肩角的最大值明顯大于正手殺遠網球。這要求運動員在殺近網球時要提前把肘關節太高,來準備殺球。而正手殺遠網球因為具有動作的突然性,因而肘關節不能提高到太大的角度,所以要求前臂的發力要突然,因此在殺遠網球時前臂的爆發力訓練是很必要的。

表1 3名運動員擊球過程中上臂與前臂的運動速度變化時間表

表2 三名運動員兩種殺球動作肩角最大值統計表

表3 3名運動員殺球前肩角統計表

表4 3名運動員殺球各關節最大速度統計表

圖1 人體運動坐標圖

圖2 艾利爾數據處理圖

2.1.3 殺球前準備姿勢時的肩角對比

為了獲得較好的殺球效果,運動員還要盡早的調整好自己的身體姿勢,以便于更好的去發力殺球,合適的擊球位置也是殺球有效性的必要條件[17]。水平高的專業運動員會在球下落前就到達殺球的位置,從而有足夠的時間來做殺球的準備動作。從表3中我們可以看到兩種正手殺球動作準備姿勢時的肩角都在85.4°～88.7°之間,角度大致相同,都接近90°。因為羽毛球是一項快速多變的運動項目,所以要求擊球動作具有一定的隱蔽性,其中動作的一致性就是要滿足這一點的需要,兩種殺球動作的準備姿勢大致相可以讓對手難以判斷球的路線,起到迷惑對手,增加對手防守難度,加強進攻的有效性的效果。

表5 3名運動員兩種殺球動作肌電平均值分析

2.1.4 兩種殺球動作過程中關節最大速度對比

兩種殺球動作的完成時,腕關節和手的最大速度幾乎相同,說明使用兩種殺球動作完成擊球時,最大球速差別不大。結合表1和表4可知,關節最大速度按肩、上臂、肘、前臂、腕、手的順序依次增大;其中正手殺遠網球時肩關節和手的最大速度大于正手殺近網球時的速度,說明正手殺近網球需要完成更大幅度的鞭打動作,軀干部發力更為明顯才可以完成對手的關節貢獻度,從而在保證擊球落點的同時,提供最大的速度。依據鞭打動作的原理,在羽毛球殺球動作過程中,身體轉動角度在預擺階段有小幅度轉動;當重心達到最高點時,運動員急速轉體轉身帶動手臂快速鞭打,這一階段身體轉動幅度較大,此時轉動角度較大,從而提高身體轉動角速度,以便提高出手瞬間手的速度,從而帶動拍面,提高擊球速度和力量。

2.1.5 兩種殺球過程中人體質心時間變化對比

殺球是一項十分復雜的技術,它需要協調身體各個關節的力共同起作用[18]。總的說來扣殺技術的發力順序為:下肢蹬地,快速的起跳,帶動腰部轉動;利用腰部轉動的力量將上身轉向球網,帶動右肩發力,增加上臂的初速度;用上臂帶動前臂發力,利用前臂內旋進一步增加手腕的轉動;在擊球的瞬間,利用手腕的迅速下壓將球擊打出去[19]。殺球是一個力由下向上傳遞的過程,如果在其中力的傳遞方向不對,或者力的傳遞發生中斷就會影響最終擊球效果,導致殺球速度不足。殺球最重要的是在擊球的瞬間獲得最大的擊球速度,前面的一系列動作都是為了這一目的服務的,所以發力一定要遵循這一順序。

圖3 同一運動員兩種殺球動作人體質心變化時間圖

正手扣殺的擊球點應在右肩前上方靠前一點的位置,這個點既有利于進行發力又有利于將球拍控制好殺球的角度。很多運動員在殺球時往往找不到自己合適的擊球點,增加了失誤的頻率[20]。擊球點的選擇應根據身高、彈跳等自身條件,準確判斷球的速度、力量、落點和方向,采取合理的移動步法移動到合適的位置,做好擊球準備。由圖3中我們可以看出正手殺近網球是運動員的人體質心要高于殺遠網球,這是由擊球的位置決定的,正手殺近網球一般擊球點高,運動員在準備時需要提前抬高重心,從而擊打到高空的羽毛球。而正手殺遠網球時,運動員需要適當壓低重心,從而擊打到稍低的球。正手殺近網球時運動員質心為1.29m,而在殺正手遠網球時質心為1.18m,這都是由擊球位置決定的。因而合理的質心位置和身體姿勢是影響殺球質量的重要因素。

2.2 肌電分析

3名運動員肌肉放電量的平均值可以作為衡量肌肉活性的依據,確定該技術動作中肌肉的活躍情況。例如3名運動員在正手殺遠網球的動作中,三角肌后束(FD)胸大肌(INF)的放電量平均值分別為262.81μV和578.92μV(見表5),這說明運動員在做正手殺遠網球的動作時,三角肌后束和胸大肌的活性較高,發力較明顯,且放電時間較長,是羽毛球正手殺球時的主要發力肌群,三角肌和胸大肌位于軀干與上肢的連接處,在正手殺球動作過程中起著承上啟下的重要作用,因此加強三角肌和胸大肌的肌力可以有助于提高殺球速度。羽毛球殺球動作屬于典型的鞭打動作,要求背部和肩部發力要明顯,從而使手和球拍獲得一個較大的速度,其中三角肌和胸大肌為速度和動量的傳遞起到了關鍵的作用。

3 結論與建議

3.1 結論

(1)正手殺近網球要求運動員起跳高度要高,擊球點要高;而正手殺遠網球要求運動員的起跳高度和擊球點相對較低。同時,羽毛球正手殺遠網球時上臂速度高于正手殺近網球。因此在做正手殺遠網球的訓練時要重點訓練帶動前臂做旋轉運動的三角肌和胸大肌。

(2)羽毛球正手殺球的肩肘角度大于正手殺遠網球,因此在做正手殺近網球的動作時,應該快速把肘繞肩關節沿逆時針方向向上旋轉較大的角度,從而使球拍達到一個高的擊球點,從而殺出靠近球網的球,突破對手的防線。

(3)在做羽毛球正手殺近網球和正手殺遠網球的準備動作時,運動員的肩肘角度大致相同,并且都較接近90°,良好的準備動作可以達到出拍動作一致性的效果,從而迷惑對手,達到進攻多變性的效果。

(4)正手殺遠網球時,3名運動員的三角肌后束(FD)和胸大肌(INF)兩塊肌肉在正手殺遠網球的動作中活性較強,放電明顯。因此,在做此項動作練習時應重點訓練這兩塊肌肉。

3.2 建議

(1)在羽毛球比賽中使用羽毛球正手殺球是應注意殺球力量和殺球落點的變化,結合羽毛球靈活多變的特點,可以把兩種殺球動作結合使用。

(2)在進行羽毛球殺球動作的練習時,應加強兩種殺球動作的動作一致性練習,同時加強羽毛球球感練習也是很重要的。

[1]羅炯,金季春.表面肌電的處理方法及在體育科研中應用前景[J].山西體育科技,2005(25):1-4.

[2]陳謙,楊紅春,王健.不同負荷水平頸部肌肉等長收縮的平均肌電變化特征[J].浙江體育科學,2010(9):91-95.

[3]宋雅偉,寇恒靜,張曦元.不同硬度鞋底在人體行走中的足底肌電變化[J].中國康復醫學雜志,2010(12):1157-1160.

[4]李小蘭,和海珍.對負重半蹲快速起練習中下肢肌肉的表面肌電特點研究[J].山西師大體育學院學報,2009(12):142-144.

[5]單杰,朱洪順.青少年羽毛球運動教學探究[J].科技資訊,2009(10):199-200.

[6]嚴輝.青少年運動員羽毛球擊球技術與運用[J].學術論壇,2007(6):57-58.

[7]賀莉.淺談快速步法在羽毛球運動中的重要性[J].科教文匯(中旬刊),2008(3):129-130.

[8]潘莉.談羽毛球女子雙打項目的扣殺與封網[J].南京體育學報,2004(3):67-69.

[9]趙孟君.羽毛球正手扣殺在教學中經常出現的錯誤動作分析及其糾正方法[J].科技信息,2008(16):120-122.

[10]習羽,周鑫，楊洪武.普通高校非專業羽毛球教學發展現狀及對策[J].科學大眾（科學教育）,2011(1):165.

[11]周金玲.羽毛球男子雙打項目21分賽制技戰術特征分析[J].北京體育大學學報,2010(1):111-113.

[12]戴磊.北京奧運會羽毛球男雙決賽失利之技術分析[J].和田師范專科學校學報,2009(2):208-210.

[13]趙豐超.羽毛球運動員的身體素質訓練探討[J].高校講壇,2010(9):528-530.

[14]宋幼萍.羽毛球運動在全民健身中作用的研究[J].科技信息,2011(4):258-260.

[15]王雷.高校羽毛球教學方式的構建與創新[J].長春理工大學學報,2010(2):159-160.

[16]劉志明.高速攝像在體育科研中的應用[J].武漢體育學院學報,1989,23(1):27-29.

[17]張術學,孫建華,李寅.羽毛球扣殺動作的分析[J].南京體育學院學報,1995,9(2):25-27.

[18]古今.從生物力學角度試論殺球的最佳發力結構[J].中國體育科技,1984,29(6):17-19.

[19]王文教.中國教練員崗位培訓(羽毛球)[M].北京:人民體育出版社,1995:254-270.

[20]葉偉.羽毛球殺球動作中上肢技術的運動生物力學分析[J].體育與科學,1990,11(1):12-14.