冯喆单杠直体后空翻转体３６０°越杠再握动作的运动学分析

姚侠文　郝卫亚　徐元玉　徐青华　师玉涛

摘要：通过运动学分析揭示了冯?完成的单杠直体后空翻转体360°越杠再握动作的运动学规律和技术特点，为我国运动员改进和发展此类型动作提供了理论依据和技术参考。

关键词：单杠；直体空翻转体360°；越杠再握；运动学分析

中图分类号：G832.319文献标识码：A文章编号：1007-3612(2008)05-0685-03

我国男子单杠多年来处于落后状态，在近几年的世界体操大赛单杠决赛中虽然有我国运动员参加，但成绩很不理想，没有取得过前三名，落后的原因很多，缺少高难度的“飞行动作”就是其中之一。2004年雅典奥运会之后我国男子体操队采取了多种措施加强了落后项目单杠的训练，大力发展后空翻越杠类再握的难新动作。在2006年无锡全国体操锦标赛中有不少运动员已经能完成团身后空翻转体360°越杠再握动作，只有冯?一人完成了直体后空翻转体360°越杠再握动作，在新的国际体操规则中属于F组动作，说明我国运动员在后空翻越杠类“飞行动作”方面有了较大的进步，但仍然没有改变我国单杠的落后状态。为了使更多的运动员掌握更高难度的“飞行动作”，我们拍摄并分析研究了冯?完成的直体后空翻转体360°越杠再握动作，揭示了该动作运动学规律和技术特点，为我国运动员发展该型动作提供了理论依据和技术参考。

1研究对象与方法

1.1研究对象冯?是四川籍国家体操集训队队员，是我国年轻的后起之秀，在2006年无锡全国体操比赛中获得双杠冠军，单杠第四名。

1.2研究方法

1.2.1文献资料法阅读有关文献资料10余篇，了解了近几年国内外单杠的发展情况及该项目的研究状况，对高难“飞行动作”的研究论文甚少。

1.2.2观察法观看了近几年雅典奥运会和世界体操锦标赛男子单杠决赛的录像。现场观看了2004年-2006年4次全国体操锦标赛男子单杠决赛，并作了部分技术统计，对男子单杠的发展现状与发展趋势有了一个基本认识。

1.2.3运动学研究法 本文运用生物力学三维摄像与解析等方法对冯?完成的直体后空翻转体360°越杠再握动作的全过程进行了研究，研究步骤与方法如下：

1.2.3.1动作的采集2006年12月在国家体操队训练馆内用两台日本产sony摄像机拍摄冯?单杠直体后空翻转体360°越杠再握动作的全过程，A机位于单杠侧面，B机位于单杠正面，两机主轴夹角为90°，拍摄频率为每钞50幅。比例尺采用peek框架进行三维立体标定，利用外同步对动作进行同步处理。

1.2.3.2动作的解析对所采集的动作图像进行整理解析，选用扎齐奥尔斯基人体模型，利用SIMI MOTION软件进行解析。对解析所获得的数据采用低通滤波进行平滑，截断频率为8HZ，对取得的平滑数据进行筛选和整理，共获得7000多个数据，包括身体重心和各关节的位移，水平速度和垂直速度及各关节角度等。

2结果与分析

单杠直体后空翻转体360°越杠再握动作结构由两部分构成：第一部分是从倒立开始的向后大回环至两手放手离杠的运动过程；第二部分是从两手放手后经过直体空翻转体360°越杠至两手依次抓杠的运动过程。向后大回环又可以分成下摆、沉肩、兜腿三个阶段。第二部分直体空翻转体360°依次抓杠又可以分成直体空翻转体270°和两手依次抓杠转体90°两个阶段。整个动作的重心轨迹（图1）就像一个椭圆形的“鸡蛋”一样，圆心点为杠轴手握杠部分，向下落时弧形大一点，向上摆时弧形直一点。越杠后右手抓杠至左手抓杠重心轨迹与刚开始的身体下落轨迹基本重叠。下面按五个阶段的运动顺序和主要特点分别进行分析。即下摆阶段、沉肩阶段、兜腿阶段、直体后空翻转体270°阶段、依次抓杠转体90°阶段。

2.1下摆阶段身体下摆阶段是从手倒立位置开始向下大摆至杠水平位置的运动过程（见图1棍图至图2棍图）。

手倒立开始的位置很重要，身体越靠近杠上垂直面，获得的位能越大，经过位能与动能的转化，在杠下垂直面获得的动能也就越大，是完成该动作的动力之一。冯?手倒立的位置开始时身体重心与杠轴的水平距离为0.12m，与杠上垂直面的夹角为9°，肩角充分顶开，左右肩角分别为175°和172°，使身体重心尽量高一点，这时重心合速度比较小，为1.97m/s（见表1和图1）。然后身体下摆，下摆的过程中有以下几个技术特点：

1) 脚尖向外身体远离杠轴，身体下落到杠水平位置时，身体重心至杠轴的水平距离为1.01 m。根据力学原理，身体远离杠轴能获得较大的动量矩，这是人体获得绕杠旋转角速度的动力之一。这个阶段的平均角速度为3.53 rad/s。

2) 身体下摆的过程中，在保证身体远离杠轴的情况下肩关节和髋关节略有减小的趋势，到杠水平位置时，左右肩角分别减小到163°和160°，左右髋角分别减小到158°和155°（见表1和图2），这就为下阶段的沉肩和伸髋创造了有利条件。

3) 身体开始下摆时踝关节运动速度较大，肩关节运动速度较小，这是因为踝关节绕杠轴运动的弧度较大，踝关节最大运动速度将达到7.20 m/s,到杠水平位置时，踝关节运动速度减慢，肩关节运动速度加快，分别为1.78 m/s和4.31 m/s（表1）。

2.2沉肩阶段从杠轴水平位置开始至杠下垂直位置的运动过程为沉肩阶段（见图2 棍图和图3棍图）。沉肩是单杠振浪技术的基本技术环节，主要技术特点如下：

1) 肩关节和髋关节角度明显增大。到杠下垂直位置（身体重心最低点）时，左右

肩角分别增大到173°和175°，左右髋角分别增大到195°和185°(见参数表和图3)。整个身体呈反弓形，肩带肌和胸腹肌肉充分拉长，这就为下阶段兜腿储备了充足的肌肉收缩能量。

2) 由于身体重力作用，身体下降到最低点时，单杠向下发生形变，身体重心离杠轴距离为0.99 m，重心速度也达到最大，为6.31 m/s（表1）。当杠子恢复原来形状时就可以增加人体上升的动量矩。

本阶段身体重心旋转角速度比下摆阶段略为大一点，为4.42 rad/s。

2.3兜腿阶段从杠下垂直位置（即重心最低点）至放手瞬间的运动过程（见图3棍图至图4棍图）为兜腿阶段。兜腿是单杠振浪技术环节的完成阶段。主要技术特点如下：

1) 在杠下垂直面左右，两腿要迅速向前上方兜腿，髋关节和肩关节呈逐渐减小的趋势，到放手瞬间，左右髋角减小到159°和 162°，左右肩角减小到109°和106°（表1和图4）。由于肩关节和髋关节角度减小就缩短了重心至杠轴的水平距离，减小了人体上升的阻力矩，加快了人体旋转角速度，本阶段人体重心旋转角速度又比上一阶段大一些为5.91 rad/s。

2) 由于沉肩后的兜腿和屈髋，踝关节运动速度明显加快，这是因为踝关节绕行的弧度比较大，实际上在沉肩结束前屈髋就已经开始，踝关节运动速度就已经达到10.38 m/s左右，直至放手前踝关节运动速度仍保持在7.55 m/s（表1），与此同时肩关节运动的上升速度也应该同步进行，否则就很难完成整个身体的上升运动，从数据的比较看出，兜腿阶段与沉肩阶段肩关节运动速度基本差不多，均为4.31 m/s左右，但沉肩阶段以水平速度为主为4.29 m/s；兜腿阶段以垂直速度为主达到4.18 m/s。

3) 当整个身体超过杠水平部位后，两手几乎同时放手。这时肩关节高于杠水平，左肩为0.28 m，右肩为0.13 m，身体重心高于杠水平0.50 m，与杠轴的水平距离为0.50 m，放手角为45°（见表1和图4），并保持一定的肩角，身体基本伸直，左右肩角为分别为109°和106°，左右髋角分别为159°和162°。放手时机十分重要，过早放手，腾空转体后再抓杠时身体离杠太近，不利于完成下面动作；放手过晚，腾空转体后抓不到杠造成动作失败。如果屈髋过多，就不是直体后空翻了。

2.4直体后空翻转体270°越杠┍窘锥问谴臃攀种后经过直体后空翻转体270°越杠至右手抓杠的运动过程。

放手后进入腾空越杠阶段，身体重心抛物线的运动轨迹按照68°的腾飞角向杠上杠后飞行。先是逐渐弧形向上，到最高点后又逐渐弧形向下。身体重心抛物线最高点的位置与杠轴水平距离0.06 m，也就是说在杠子的上方，与杠子的垂直距离为1.29 m（见表1和图5）。身体重心向上的运动速度逐渐减小，到最高点时为1.60 m/s，垂直速度几乎为零，但仍保持1.60 m/s的水平速度向后运动，以便越过杠子，整个腾空时间为0.74 s。

本阶段是完成该动作最关键阶段，技术最为复杂，充分体现了该动作的难度价值和惊险性，它既要绕横轴直体越过单杠，还要同时转体270°再抓杠。转体从放手一瞬间就开始，身体绕横轴翻转1周同时绕纵轴转体270°，翻转1/2周转体到90°；翻转3/4周转体到180°；翻转1周转体到270°，根据计算横轴翻转1周角速度为8.49 rad/s，纵轴转体270°的角速度为6.37 rad/s。

2.5两手依次抓杠转体90°阶段┍窘锥未佑沂肿ジ苤磷笫肿ジ懿⒆体90°的运动过程。

当身体翻转1周并转体270°后右手要及时准确的正握抓杠，抓杠时右臂基本上是直的，身体重心与杠轴的水平距离为0.67 m，垂直距离为0.78 m,右肩角145°，左右髋角分别为163°和165°。右手抓杠角为40°（表1和图6），整个身体在杠子上面，并与杠轴保持合理的距离对准确抓杠和完成下面的动作是十分有利的。右手抓杠后左手迅速正握抓杠并继续转体90°，最终完成了直体后空翻转体360°抓杠。这时身体与杠轴成水平位置，身体与杠轴的水平距离为0.90 m，垂直距离为0.16 m，左右肩角分别为174°和167°，左右髋角分别为163°和166°（见表1和图7）。两手依次抓杠的间隔时间为0.16 s，右手抓杠后的重心运动轨迹与手倒立开始下摆的重心轨迹基本重叠，说明身体伸直肩角顶开，远离杠轴，能够获得较大的动量矩，对于完成下面的回环动作是有利的。

3结论

冯喆完成的直体后空翻转体360°再握杠动作是成功的，主要技术特点如下：

1) 由手倒立下摆身体重心远离杠轴，肩角和髋角略为减小，身体下摆杠水平位置之后肩关节下沉，肩角和髋角明显增大，至杠下垂面身体呈反弓形，重心速度增大到6.31 m/s。然后迅速兜腿屈髋，踝关节保持较快的向上运动速度，重心旋转角速度明显增大，达到5.91 rad/s。

2) 当整个身体超过杠水平部位后，两手几乎同时放手，身体重心与杠轴水平距离为0.50 m,垂直距离为0.50 m，放手角为45°。

3) 放手后身体重心抛物线轨迹按照68°的腾飞角向杠上杠后运动，最高点腾空高度与杠轴垂直距离为1.29 m，腾空时间为0.74 s，在身体越杠的飞行过程中绕横轴翻转1周同时转体270°至右手抓杠。

4) 右手抓杠瞬间身体位置较高，与杠轴垂直直距离为0．78 m，水平距离为0.67 m，抓杠角为40°。紧接着继续转完90°的同时右手迅速抓杠，间隔时间为0.16 s，这时身体重心高于杠水平位置0.16 m，并远离杠轴0.90 m，身体完全伸直，左右肩角分别为174°和167°，左右髋角分别为163°和166°。

参考文献：

［1］ 俞继英，张健.竞技体操高级教程［M］.北京：人民体育出版社，2000.

［2］ 姚侠文.梁富亮单杠团身后空翻一周半越杠再握动作的运动学分析［J］.北京体育大学学报，2006（11）:1560-1562.

［3］ 陆思淳.单杠［M］.北京：人民体育出版社，1998.