上肢鞭打动作技术原理的生物力学研究

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1、北京体育大学博士学位论文上肢鞭打动作技术原理的生物力学研究姓名：刘卉申请学位级别：博士专业：人体运动科学指导教师：金季春20020401摘要鞭打动作是许多体育技术动作的重要组成部分对鞭打动作技术的研究将对运动技术实践具有广泛而深入的指导意义在运动学研究方面本研究应用不需人工识别关节点的红外光点高速测试方法获取典型上肢鞭打动作的运动学数据通过运动学的分析揭示上肢在做鞭打动作时的空间运动规律与特征并通过分析上肢各环节在动作过程中的运动特征探讨影响鞭打动作质量的关键因素在动力学方面本研究建立人体上肢环节链的刚体模型应用所测运动学数

2、据和易于编程计算的Kane方法对上肢各环节运动的肌肉力矩进行计算并应用隔离法计算上肢各环节在关节处的受力情况通过运动学与动力学的综合分析得到上肢鞭打动作时各环节运动的动力学机制因此本研究的意义不但在于完善运动生物力学理论和研究方法而且对于提高相关项目的运动成绩预防运动性损伤设计专项训练方法等都有直接的指导作用另外对于进行下肢躯干运动的同类研究将有借鉴作用本文基于三维的运动学和动力学结果与前人在二维层面上对鞭打动作的研究 结果和理论不尽相同三维运动学动力学测量与分析开阔了视野丰富与完善了鞭 打动作的理论并对鞭打动作技术的教学训

3、练有重要的指导与参照意义 在三维空间内上肢各环节速度变化形式与前人研究一致表现为从上臂到手 的依次加速与制动但上肢关节活动顺序并不是肩肘腕而是肩 肘肩腕产生这一运动顺序的原因与支配关节运动的肌肉力矩大小有关 肌肉力矩大的关节运动形式先于肌肉力矩小的运动形式产生运动这一发现是对传统 关节活动顺序性理论的补充本研究详细分析了上肢各环节产生运动和制动的力学原因发现各环节的加速 和制动是肌肉主动收缩力矩和关节反作用力力矩共同配合作用的结果 本研究计算的各环节动量矩结果表明鞭打动作中上肢诸环节存在明显的动量 矩传递因此动量矩传递是鞭打

4、动作各环节速度依次递增的原因前臂动量矩从没下 降手部动量矩并不是在前臂动量矩下降的基础上获得的本研究的这一发现同样是 对传统鞭打技术理论的丰富与补充由于棒球投掷排球扣球羽毛球扣杀和标枪投掷技术上肢各环节在空间内的 运动时序运动速度动量矩特征和运动力学原因基本相同因此将上述4个项目上 肢动作统称为鞭打类动作而铅球投掷上肢动作不是鞭打类动作 本文对影响不同项目运动员手最终速度的关键技术进行了分析发现虽然不同项 目关键技术不尽相同的但有一些因素不只是一个项目的关键因此可总结出影响上 肢鞭打类动作末端环节速度的关键因素这些因素主要有

5、躯干向投掷方向扭转的时 机上臂最大水平外展角上臂内旋角速度肘关节伸展动作开始时机出 手击球时刻肘关节速度关键词鞭打动作上肢生物力学分析Kane方法iRESEARCHONTHEBIOMECHANICALPRINCIPLESOFUPPERLIMBWHIPLASHMOVEMENT(Abstract)UpperLimbWhiplashMovement(ULWM)isoneofthemostimportantskillsinmany sports.Tounderstandthisskill,informationaboutthesho

6、ulder,elbow,forearm,andwristof thearmisessentialforsportspractice.Thepurposeofthisstudywastoexpandexisting knowledgeofULWMbyquantifyingandcomparingkinematicandkineticdataoftheupper limbforjavelinthrowing,volleyballsmashing,badmintonsmashing,baseballpitchingand shot

7、throwing.Sixtoeightathletesofeachsportparticipatedinthestudy.Theirmovementswerefilmed simultaneouslybysixMCU(MotionCaptureUnit)ofQUALISYSProReflexMotion MeasurementSystem(Photoelectricaltestingandanalyticalsystem).Thissystemcandigitize marksonbodyineachimageautomat

8、ically.Amodelofthree-segmentkineticchain consistingofupperarm,forearmanddistalsegmentwasbuildforkineticcalculation.Using Kanemethodtogetresultant