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上肢鞭打动作技术原理的生物力学研究

作 者: 刘卉
导 师: 金季春
学 校: 北京体育大学
专 业: 运动人体科学
关键词: 鞭打动作 上肢 生物力学分析 Kane方法
分类号: G804.6
类 型: 博士论文
年 份: 2002年
下 载: 1672次
引 用: 41次
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内容摘要


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练有重要的指导与参照意义。 ①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。 ②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。 ③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。 ④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①躯干向投掷方向扭转的时机;②上臂最大水平外展角;③上臂内旋角速度;④肘关节伸展动作开始时机;⑤出手(击球)时刻肘关节速度。

全文目录


1 前言  6-7
2 文献综述  7-14
  2.1 鞭打动作理论与概念  7-8
  2.2 各项目上肢鞭打动作的生物力学测试与分析  8-10
    2.2.1 对不同项目上肢动作运动学与动力学研究  8-10
    2.2.2 上肢鞭打动作的肌电研究  10
  2.3 上肢鞭打动作的研究方法  10-12
    2.3.1 上肢鞭打动作的解剖学分析  10-11
    2.3.2 运动学研究方法  11
    2.3.3 动力学研究方法  11-12
  2.4 超越器械技术原理  12-13
  2.5 小结  13-14
3 研究方法  14-32
  3.1 运动学研究方法  14-17
    3.1.1 红外高速录像  14-16
    3.1.2 运动学参量的计算  16-17
  3.2 动力学计算与分析方法  17-31
    3.2.1 上肢多刚体模型的建立  17-18
    3.2.2 上肢物理模型的建立  18-21
    3.2.3 Kane方法概述  21-22
    3.2.4 Kane方法运动学分析  22-26
    3.2.5 动力学分析  26-28
    3.2.6 关节反力的计算  28-30
    3.2.7 动量矩的计算  30
    3.2.8 对动力学数据分析的说明  30-31
  3.3 研究内容  31
  3.4 测试对象  31-32
4 测试结果与分析  32-64
  4.1 研究范围的确定  32-34
  4.2 上肢各环节的配合  34-38
    4.2.1 各环节动作时序  34-35
    4.2.2 各环节速度特征  35-37
    4.2.3 各环节动量矩特征  37-38
    4.2.4 小结  38
  4.3 上肢各环节动作的运动学和动力学  38-64
    4.3.1 躯干的运动  38-43
    4.3.2 上臂的运动  43-50
    4.3.3 前臂的运动  50-57
    4.3.4 手的运动  57-63
    4.3.5 小结  63-64
5 讨论  64-71
  5.1 各环节动作配合  64-66
  5.2 各环节速度和动量矩  66
  5.3 环节运动的动力学原因  66-68
  5.4 各项目技术关键  68-71
    5.4.1 棒球投掷上肢技术关键  68
    5.4.2 标枪投掷上肢技术关键  68-69
    5.4.3 排球扣球上肢技术关键  69
    5.4.4 羽毛球扣杀上肢技术关键  69-70
    5.4.5 推铅球上肢技术关键  70
    5.4.6 小结  70-71
6 全文总结  71-72
7 致谢  72-73
8 参考文献  73-76

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中图分类: > 文化、科学、教育、体育 > 体育 > 体育理论 > 体育基础科学 > 运动生物力学
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