柯曉茹 劉文明

摘? 要：從研究內(nèi)容和研究方法兩個角度分別切入，簡要地總結(jié)了目前國內(nèi)外羽毛球運(yùn)動生物力學(xué)研究的進(jìn)展。在相關(guān)研究的內(nèi)容上，首先介紹了羽毛球運(yùn)動技術(shù)、運(yùn)動損傷以及運(yùn)動器材方面的研究成果，接著分類比較了運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)以及生物學(xué)測量與分析方法的優(yōu)勢與不足，揭示了將運(yùn)動生物力學(xué)應(yīng)用于羽毛球研究的重要意義。根據(jù)現(xiàn)有的研究成果和發(fā)展趨勢，研究認(rèn)為在接下來的工作中應(yīng)當(dāng)致力于手指等小關(guān)節(jié)部位的精細(xì)動作技術(shù)研究、群眾健身中羽毛球運(yùn)動損傷的預(yù)防以及羽毛球?qū)ｍ?xiàng)實(shí)驗(yàn)器材的自主研發(fā)。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動生物力學(xué)? 羽毛球? 綜述? 運(yùn)動學(xué)? 動力學(xué)

中圖分類號：G804? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2095-2813（2019）03（a）-0017-03

Abstract： This paper briefly summarizes the progress of sports biomechanics in badminton. It reviews studies from two aspects， including research contents and research methods. First， it introduces the technical performance of badminton skills， the causative mechanisms of specific badminton injuries and the equipment used in playing badminton. Then， it thoroughly discusses the relatively advantage and shortages in different research methods that have used in the biomechanical aspects of badminton. This review evaluates these and attempts to provide direction for future research.

Key Words： Sports biomechanics; Badminton; review; Kinematics; Dynamics

羽毛球運(yùn)動因其適合各個年齡層的人，并且不受性別、場地以及運(yùn)動水平的限制而成為大眾喜愛的體育運(yùn)動之一。在羽毛球運(yùn)動中，一個相同的動作技巧可能有許多的方法可達(dá)到相同的動作目的。這些方法有些是靠著教練及選手在練習(xí)過程中不斷嘗試尋找到的，有些則是科學(xué)分析的結(jié)果。而對于羽毛球初學(xué)者來說，在未探尋到最適合自己的技術(shù)前，模仿優(yōu)秀運(yùn)動員的動作技術(shù)就成了最常見的做法。除了技術(shù)學(xué)習(xí)外，糾正錯誤動作也很重要，教練員常在肉眼觀察的基礎(chǔ)上結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)來尋找錯誤動作，指導(dǎo)運(yùn)動員進(jìn)行矯正，但是對于造成錯誤動作的原因往往難以確定。這時通常借助特定的儀器進(jìn)行觀察，把肉眼無法觀察到的信息通過儀器進(jìn)行詳細(xì)記錄并分析，這一由視覺觀察逐漸轉(zhuǎn)為量化分析的過程也正是運(yùn)動生物力學(xué)的學(xué)科演變過程。

1? 羽毛球運(yùn)動生物力學(xué)研究內(nèi)容

1.1 運(yùn)動技術(shù)的力學(xué)原理與優(yōu)化

針對羽毛球動作技術(shù)的上肢運(yùn)動生物力學(xué)研究，主要探討了各環(huán)節(jié)間的運(yùn)動順序、肌群的發(fā)力和各關(guān)節(jié)動作在揮拍擊球中對拍頭速度的貢獻(xiàn)率等。以殺球技術(shù)為例，上肢各運(yùn)動環(huán)節(jié)由近端到遠(yuǎn)端依次加速，最后通過手部的揮拍動作，使得球拍在擊球前獲得最大的運(yùn)動速度[1]。此外在殺球準(zhǔn)確性的研究上，遠(yuǎn)端環(huán)節(jié)的肌群控制也很重要[2]。要想進(jìn)一步提升羽毛球技術(shù)，除了準(zhǔn)確的上肢擊球動作，還必須具備良好的步法。熟練的步法技巧可以幫助球員在最短的時間和最小的能耗下達(dá)到最佳擊球區(qū)，并幫助球員在擊球時保持身體平衡[3]。

1.2 運(yùn)動損傷的成因與預(yù)防

球員在進(jìn)行羽毛球運(yùn)動時，持續(xù)地快速移動對肢體產(chǎn)生的局部負(fù)荷較大，反復(fù)積累下就可能造成慢性運(yùn)動損傷[4-7]。在過去的研究中發(fā)現(xiàn)，羽毛球運(yùn)動損傷與球員的年齡、性別、參與羽毛球運(yùn)動的時間、技術(shù)水平、疲勞以及所穿鞋子有關(guān)[8-11]。Jorgensen，U.和Winge，S.（1990）[12]指出羽毛球項(xiàng)目的運(yùn)動損傷58%發(fā)生在下肢，42%發(fā)生在上肢和背部。在步法的移動過程中，踝關(guān)節(jié)的內(nèi)、外翻轉(zhuǎn)角度超出其正?；顒臃秶陀锌赡芤l(fā)運(yùn)動損傷。在羽毛球運(yùn)動上肢運(yùn)動損傷的相關(guān)研究中，則主要針對腕關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)以及腰背部位的運(yùn)動損傷機(jī)制以及預(yù)防措施進(jìn)行了探討[13、14]。

1.3 運(yùn)動器材的設(shè)計與改進(jìn)

對于優(yōu)秀運(yùn)動員來說，除了自身扎實(shí)的運(yùn)動技能以外，能幫助其增加運(yùn)動表現(xiàn)的運(yùn)動器材、設(shè)備也是不可或缺的。在羽毛球項(xiàng)目中，討論最多的就是羽毛球鞋和羽毛球拍的設(shè)計及改進(jìn)。Wei等人（2009）[15]指出不同的足底區(qū)域應(yīng)該設(shè)計不同的材質(zhì)以分散壓力，并且在羽毛球鞋功能設(shè)計時要將跖趾關(guān)節(jié)的功能性考慮進(jìn)去。相較于羽毛球鞋，羽毛球拍作為直接接觸羽毛球的器材，不僅會改變羽毛球的飛行路徑，也會影響擊球效果，在擊球過程中的動量傳遞上發(fā)揮了重要作用[16-19]。Kwan（2010）[18]將羽毛球拍的速度分為球員的揮拍速度和揮拍過程中球拍產(chǎn)生的彈性速度，其中球拍本身產(chǎn)生的彈性速度對球拍整體運(yùn)動速度的貢獻(xiàn)率達(dá)到了4%～6%。

2? 羽毛球運(yùn)動生物力學(xué)研究方法

2.1 運(yùn)動學(xué)測量與分析

早在1979年就有學(xué)者利用電影膠片對羽毛球的擊球動作進(jìn)行了分析[20]，這一時期所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備較為簡單，無法獲得較為客觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。而后16mm攝影機(jī)的應(yīng)用開啟了羽毛球二維的動作分析[21、22]，接著各種不同的二維、三維空間攝影法被陸續(xù)開發(fā)應(yīng)用于羽毛球的動作技術(shù)分析，出現(xiàn)了一些比較成型的動作分析系統(tǒng)。這一分析方法的實(shí)驗(yàn)儀器價格昂貴，對實(shí)驗(yàn)場地的光線條件要求較高，受試者的活動范圍也有限。采用此類動作捕捉系統(tǒng)對手指等小關(guān)節(jié)部位進(jìn)行測量時，反光球的粘貼難度較大，且在握拍時易造成反光球的遮擋，會造成較大的誤差。近年來，一些學(xué)者開始使用慣性動作捕捉系統(tǒng)進(jìn)行動作捕捉與追蹤。相較于傳統(tǒng)的光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)，慣性動作捕捉系統(tǒng)體積較小、便于攜帶且可用于實(shí)驗(yàn)室以外的場所。慣性動作捕捉系統(tǒng)的出現(xiàn)，也為手指等小關(guān)節(jié)在運(yùn)動參數(shù)的獲取上提供了一個新的思路。Alvin Jacob的研究團(tuán)隊(duì)基于彎曲傳感器設(shè)計出一款數(shù)據(jù)手套，對羽毛球基本握拍姿勢進(jìn)行識別分析，以期為羽毛球初學(xué)者提供正確握拍姿勢的參考[23-25]。

2.2 動力學(xué)測量與分析

羽毛球動力學(xué)研究中所需要的力學(xué)參數(shù)可以通過測量直接獲得，也可以借助不同的模型進(jìn)行推算獲得。前者可借助傳感器等測量設(shè)備實(shí)現(xiàn)，后者則是在視頻（或者視頻和傳感器結(jié)合）的基礎(chǔ)上進(jìn)行求解。三維測力臺是目前羽毛球運(yùn)動生物力學(xué)研究中的常用設(shè)備之一，可以對地面反作用力的大小、方向以及作用時間進(jìn)行測量，為動作技術(shù)的分析提供了有效的測試手段。但因三維測力臺的平面尺寸有限，對受試者的活動范圍造成較大限制，一些研究者開始利用測力板進(jìn)行相關(guān)研究，而后又出現(xiàn)了足底壓力鞋墊[26]。這些測量方法的出現(xiàn)，使羽毛球運(yùn)動生物力學(xué)研究在動力學(xué)的量化分析上更為精準(zhǔn)、便捷。

2.3 生理學(xué)測量與分析

在生理學(xué)測量方面，有學(xué)者利用卡尺、帶尺、體重計等儀器對各環(huán)節(jié)圍度、體重、體脂等人體形態(tài)學(xué)參數(shù)進(jìn)行測量，總結(jié)出優(yōu)秀羽毛球運(yùn)動員的身體形態(tài)特征，為羽毛球運(yùn)動選材提供參考[27-29]。還有學(xué)者利用肌電儀對肌肉活動中的電信號變化過程進(jìn)行測量。Tsai（2005）[30]就利用肌電圖發(fā)現(xiàn)正手殺球和吊球的肌肉活化順序高度相似，但殺球的肌肉活化程度明顯大于吊球。

3? 研究展望

隨著參與羽毛球運(yùn)動人數(shù)的增加，運(yùn)動生物力學(xué)的研究領(lǐng)域也由傳統(tǒng)的競技運(yùn)動延伸到健身運(yùn)動中。可以從業(yè)余愛好者容易產(chǎn)生的錯誤動作以及運(yùn)動傷害入手，找出有效的預(yù)防辦法并進(jìn)行推廣?，F(xiàn)今羽毛球動作技術(shù)的生物力學(xué)主要著重于肩、肘、腕、膝、踝等大關(guān)節(jié)的活動，在手指等小關(guān)節(jié)的精細(xì)動作鮮有研究?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步增加了運(yùn)動生物力學(xué)研究的廣度與深度，為研究更復(fù)雜的動作提供了更精準(zhǔn)的計算機(jī)分析、更實(shí)時的信息反饋，可以在未來的研究工作中，著眼于小關(guān)節(jié)、小環(huán)節(jié)的精細(xì)動作研究。另一方面，生物力學(xué)研究的發(fā)展在一定程度上取決于測量手段的進(jìn)步。因此，研發(fā)適合不同研究環(huán)境及條件的測量儀器，包括硬件及軟件，才能夠使學(xué)者根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌?，自行修改軟件或硬件設(shè)施，使實(shí)驗(yàn)過程能夠順利進(jìn)行。

4? 結(jié)語

綜上所述，目前在羽毛球動作技術(shù)的上肢生物力學(xué)研究中，已經(jīng)詳盡地討論了各個環(huán)節(jié)的運(yùn)動順序、不同肌群的發(fā)力時序以及各關(guān)節(jié)對拍頭速度的貢獻(xiàn)率等;針對下肢的生物力學(xué)研究往往與運(yùn)動損傷和運(yùn)動鞋研發(fā)結(jié)合起來，也取得了一定的進(jìn)展。但是針對羽毛球業(yè)余愛好者在技術(shù)學(xué)習(xí)過程中可能出現(xiàn)的運(yùn)動損傷討論不多，羽毛球?qū)ｍ?xiàng)的測量設(shè)備的研發(fā)上也尚有不足，現(xiàn)有設(shè)備對于手指等小關(guān)節(jié)的精細(xì)動作存在較大誤差，且對手指部位的精細(xì)動作關(guān)注度不高，這是在今后的研究工作中值得關(guān)注的。

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