男子单人滑运动员的点冰跳跃动作运动学分析

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  运用运动生物力学的三维录像分析法,对中国花样滑冰队队内训练和花样滑冰大奖赛中国站比赛中国内外高水平男子单人滑运动员的点冰跳跃动作进行运动学分析,并首次应用表面肌电图机对各肌肉的肌电进行分析,做出科学的诊断,进而找出我国运动员在该动作上的优点和不足,为我国运动员技术的提高和更新提供帮助[1-3].

  1 研究对象与方法
  
  1.1研究对象国外优秀男子单人滑运动员MaximKOVTUN(俄罗斯,2013年花样滑冰大奖赛中国站亚军)、Takahiko KOZUKA(日本,2013年花样滑冰大奖赛中国站季军).国家花样滑冰队优秀男子单人滑运动员闫某、王某、关某、金某等.

  1.2研究方法
  
  1.2.1数据采集肌电数据使用NORAXON 8通道无线遥测表面肌电测试仪进行采集,采样频率3 000Hz.所测肌肉为左右腿股直肌、股二头肌长头、胫骨前肌、腓肠肌内侧头共8块肌肉.采用双电极引导法记录sEMG信号.一对探测电极间距2cm置于肌腹部,与肌纤维走向平行,参照电极置于内侧3cm处.放置电极前用75%酒精棉球清理皮肤表面,以减小阻抗.肌电数据与运动学数据通过无线同步信号器实现同步采集[4].运动学数据使用高速摄像机2台,从不同方向对运动员进行拍摄,拍摄频率为100帧·s-1,机高1.50m,坐标定义为垂直方向Z,水平运动的主方向X,水平运动的侧方向Y[5].

  1.2.2数据处理使用MRXP Master 1.07肌电分析软件对原始肌电信号进行处理,原始肌电信号经带通滤波(截止频率20~500Hz),全波整流,RMS(300ms)平滑处理.使用艾利尔解析系统(APAS System)处理运动录像,对运动员的技术动作进行解析.原始数据平滑处理采用低通滤波平滑,截断频率为6HZ,使用传统的PEAK框架进行标定[6].

  2 结果与分析
  
  本研究选取男子单人滑运动员动作均为后外点冰三周跳.

  2.1运动学分析
  
  2.1.1重心位移及速度运动员腾空过程关键点重心位移及各速度参数比较见表1.

  闫某腾空高度和远度都很大,说明该运动员爆发力好,腿部力量大.起跳的能量转换效率较高,在保证较长的腾空水平飞行距离的情况下获得较大的垂直方向速度,从而保证较长的腾空时间.在缓冲蹬冰阶段,闫某水平速度大,能很好的提供起跳速度.王某弹跳能力强,腾空高度较高,但腾空水平飞行距离较国内外优秀运动员近[7-9].

  在缓冲蹬冰阶段,王某水平速度较小,不能很好的提供起跳速度.腾起角度较大,垂直方向速度并不低,说明该运动员弹跳能力出众.关某在缓冲蹬冰阶段,关某水平速度变化幅度平缓,不存在明显的下降阶段,同时获得较大的垂直方向上的速度,说明该运动员水平速度向垂直速度转化的幅度和时间变化率较好,为后续腾空动作能够顺利完成提供有利条件.金某在缓冲蹬冰阶段,水平速度小,不能很好的提供起跳速度,垂直方向速度低,说明该运动员起跳效果差.该运动员起跳效果不佳,起跳不够充分,腾空高度和腾空水平飞行距离都不够,从而缩短了腾空时间,使最后一周中2/3周的旋转是在落冰后完成的.【1】

  
  2.1.2旋转角速度花样滑冰运动员腾空阶段必须有适当的旋转角速度,以便在一定的时间内完成旋转.由于花样滑冰运动员在做后外点冰三周跳时主要是绕垂直轴旋转,绕额状轴和矢状轴的旋转较小,可忽略不计.因此,以下讨论旋转角速度均指绕垂直轴旋转的角速度,见表2.【2】

  闫某三周的旋转角速度都较大,说明起跳时由于助滑速度高,由水平动能转化为旋转动能大,保证动作能顺利完成.但第3周的旋转角速度过大,说明在腾空后期向落冰过渡时,身体打开较晚,导致落冰时身体平衡控制降低.王某3周的旋转角速度都较国内外高水平运动员为低,说明起跳时由于助滑速度低,由水平动能转化为旋转动能少.关某第3周的旋转角速度过大,说明在腾空后期向落冰过渡时,身体打开较晚,导致落冰时身体平衡控制降低.

  在关某正式的3次测试中,除本文分析的这次测试外,其他2次都失败,一次是落冰后摔倒,另一次是落冰后失去平衡,结果导致双脚落冰,上身晃动非常大.这也和其水平速度较大有关,水平速度较大会使起跳时身体重心更难把握,导致最后的落冰不稳.金某第3周平均旋转角速度18.47rad·s-1.第3周的后2/3周都是在落冰之后完成的,这是由于助滑速度低,起跳不充分,从而导致起跳高度、远度和腾空时间都较小,没有充足的时间和空间来完成旋转.

  2.2肌电分析
  
  2.2.1各肌肉开始发力时间和发力顺序通过对表3分析可以看出,起跳过程中,肌肉的开始发力时间和发力顺序3名运动员略有差异.相同点是股直肌和胫骨前肌先发力,并且股直肌稍先于胫骨前肌.腓肠肌内侧头和股二头肌长头后发力,但开始发力时间和发力顺序不规律.在起跳过程中,主要做功的肌肉是股直肌和胫骨前肌,腓肠肌内侧头和股二头肌长头做功很小,起支撑协同作用,因此开始发力时间和发力顺序不规律[10-15].【3】

  
  2.2.2各肌肉肌电图积分肌电值和贡献率通过对表4分析可以得出,起跳过程中,积分肌电和贡献率最大的肌肉是股直肌,其次为胫骨前肌,腓肠肌内侧头和股二头肌长头的积分肌电值较小.因此,在起跳过程中,主要做功的肌肉是股直肌和胫骨前肌,腓肠肌内侧头和股二头肌长头做功很小,起支撑协同作用.金某股二头肌长头的积分肌电和贡献率都异常的大,说明起跳过程中,协同肌过于紧张,肌肉之间协调能力差,导致起跳效果不好[16-21].【4】

  
  3 结论
  
  1)闫某在缓冲蹬冰阶段,水平速度和垂直速度都较大,腾空时间长,已经具备四周跳的能力.宋某腾空时间不足,导致空中动作没有视觉冲击性,很难获得高分.王某在缓冲蹬冰阶段,水平速度较小,腾空水平飞行距离较国内外优秀运动员近,腾空时间较短,垂直方向速度较大,腾空高度较高.关某在缓冲蹬冰阶段,水平速度变化幅度平缓,不存在明显的下降阶段,同时获得较大的垂直方向上的速度.金某在缓冲蹬冰阶段,水平速度小,垂直方向速度低,起跳效果不佳,起跳不够充分,腾空高度和腾空水平飞行距离都不够.

  2)闫某和关某第3周的旋转角速度过大,导致落冰时身体平衡控制的降低.王某3周的旋转角速度都较国内外高水平运动员低;金某第3周的后2/3周都是在落冰之后完成的,应增加旋转角速度,落冰前完成3周动作.

  3)起跳过程中,肌肉的开始发力时间和发力顺序3名运动员略有差异.相同点是股直肌和胫骨前肌先发力,并且股直肌稍先于胫骨前肌,腓肠肌内侧头和股二头肌长头后发力.在起跳过程中,主要做功的肌肉是股直肌和胫骨前肌,腓肠肌内侧头和股二头肌长头起支撑协同作用.

  4)起跳过程中,积分肌电和贡献率最大的肌肉是股直肌,其次为胫骨前肌,腓肠肌内侧头和股二头肌长头的积分肌电值较小.

  参考文献
  
  [1] 纪仲秋,高芸,姜桂萍.花样滑冰跳跃动作起跳与落地运动生物力学研究[J].北京体育大学学报,2009(3):63
  [2] 姜桂萍,纪仲秋,王凯.花样滑冰点冰跳的运动学研究[J].北京体育大学学报,2006(3):343
  [3] 纪仲秋,李建设.运动生物力学[M].北京:高等教育出版社,2000:62
  [4] 艾康伟,何申杰,何伟.花样滑冰双人抛跳4周的三维运动学分析[J].中国体育科技,2009(7):50
  [5] 赵伟科,何辉.优秀网球运动员正手击球肌肉用力表面肌电特征分析[J].北京体育大学学报,2011(7):74

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