广东省优秀羽毛球单打运动员正反手发球技术运动学和表面肌电比较分析

吴强，黄伟兰

(1.仲恺农业工程学院体育部，广东广州 510225 2.广东湛江师范学院体育学院，广东湛江 524048)

广东省优秀羽毛球单打运动员正反手发球技术运动学和表面肌电比较分析

吴强1，黄伟兰2

(1.仲恺农业工程学院体育部，广东广州 510225 2.广东湛江师范学院体育学院，广东湛江 524048)

为了探讨优秀羽毛球单打运动员不同发球球路的特点，了解当今选手更多使用反手发球的原因，以便为运动员实战中判断对手的发球球路及提高发球水平提供参考依据。使用两台高速摄像机和表面肌电仪对运动员的三种不同发球球路(短球、平快球、高远球)动作进行三维运动学和相关肌肉电活动水平的同步分析。结果表明:反手发球的各个分期的时间要显著短于正手发球(p＜0.05);反手发球时肌群激活达峰值的时间表现为近端肌肉激活较早，远端肌肉的激活较晚;与正手相比反手发球时肌肉激活达到峰值的时间较晚。结论:从实验数据出发证明了选手在比赛中应更多地使用反手发球，对于羽毛球发球这种精准类动作在平时训练中应该建立精细的神经肌肉支配模式。

羽毛球;正手;反手;发球;运动学;表面肌电

近几年随着羽毛球运动竞技水平的不断提高和全民健身运动的推广，奥运健儿在赛场上也是屡创佳绩，我国羽毛球运动的科研工作也在不断地发展，但是纵观这些科研成果，主要是集中在羽毛球运动损伤调查、疲劳消除和损伤的消除与康复方面［1］，而有关运动生物力学方面的研究很有限，从某种程度上说，限制了羽毛球运动的发展。

就羽毛球的基本技术动作而言，发球是属于自我决定的运动技能，发球选手可以根据自己的节奏进行发球，而一个高质量的发球可以牵制对手的节奏，争取主动，打乱对手的技战术，引起对方产生失误，从而获得主动得分的机会。羽毛球发球大致可以分为正手和反手发球两种不同的发球动作，其中又可以发出网前短球、平快球、平高球、高远球四种不同的球路［2］。稳定且多变的发球将会给接球员带来更多的不确定性而产生失误或被动接球，从而制造第三拍主动进攻的优势。在以往的单打比赛中主要以正手发球为主，但是因为得分制的改变，反手发球已经成为单打、双打比赛的首选发球方式［3］。国内的李森等人对我国羽毛球男双与国外优秀选手接发球技战术进行了比较研究［4］。刘智英等人对世界羽毛球男子双打发球技术进行了分析［5］。

表面肌电技术可以了解到运动单位的活化情况以及神经支配特点，了解到参与运动的肌肉的贡献率［6］。Tsai在对正手杀球与切球的比较研究中，发现尺侧腕屈肌、桡侧腕伸肌、肱二头肌、肱三头肌、胸大肌、三角肌、斜方肌和背阔肌的激活顺序非常相似，而杀球的肌肉电活动振幅要显著大于切球［7］。Sakurai和Ohtsuki分别对专业羽毛球训练者和初学者进行了杀球准确度测试，结果发现两组近端肌群的肌肉电活动模式相近，但是远端肌肉差别较大［8］。

目前，有关羽毛球运动的技术动作分析主要集中在杀球、抽球等力量比较大的挥拍动作，对于发球这种高度准确性的动作关于运动学和表面肌电的研究很少，本文以广东省优秀男子羽毛球运动员正手和反手发球动作为研究对象，旨在了解这种高度精准性动作运动学参数和内部肌肉工作情况，以便为教练员和运动员的训练提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本文以7名广东省优秀的羽毛球男子单打运动员为研究对象，身高177.3±4.3cm，体重 67.1±4.4kg，年龄19.8±1.7岁，训练年限8.2±1.1年，受试者均为右手习惯持拍，无上肢肌肉损伤疾病。

1.2 研究方法

1.2.1 实验法

1.2.1.1 实验仪器和材料

两台美国troubleshooter高速摄像机、Mega表面肌电仪、两台sony常速摄像机、三角架、三维框架、500瓦照明灯、表面电极、酒精、皮尺、羽毛球10个。

1.2.1.2 实验方案

每名受试者进行15min的热身活动，同时向受试者讲清楚实验的程序，整个实验过程得到受试者的允许。每位受试者都由右侧发球区进行发球，分别以正手、反手进行短球(A落点区)、平快球(B落点区)、高远球(C落点区)的发球测验。击出的球需落在半径为40cm扇形区域才算发球成功，每个动作需分别成功两次，然后再从这两个成功的击球中挑选一个最佳的发球来进行分析。摄像机放在受试者的后侧和右侧，两台高速摄像机的主光轴成90°，如图1所示。

1.2.1.3 数据采集与处理

高速摄像机的拍摄速度设置为250帧/s。给运动员的各个关节点贴上标志点，目的是为了便于解析技术动作时数字化描点。两台troubleshooter高速摄像机的主光轴呈95°，调整两台摄像机到运动平面的距离直至将运动员的动作全部收录进去，三维框架中的x轴正方向为向前挥拍的运动方向，y轴为垂直方向，z轴为左右横向。

将采集到的影像图片数据使用美国的APAS运动解析软件进行解析，人体模型选择日本松井秀治模型，再添加附加点作为球拍和球的模型，采用8Hz截止频率进行数据平滑，得到位移、速度、角度、角速度等参数。本文将发球过程分为五个期:准备期、引拍期、挥拍期、击球期、随挥期。

选取受试对象右侧上肢的桡侧腕伸肌(ECR)、尺侧腕屈肌(FCU)、肱桡肌(BM)、旋前圆肌(PT)、肱二头肌(BB)、肱三头肌(TB)、三角肌前束(AD)、三角肌后束(FD)、胸大肌(PM)、斜方肌上束(TRA)为测试肌肉，使用双极测试方法，这样可以降低信号串线(crosstalk)现象［9］，两个记录电极置于肌肉收缩隆起的正中线上，两记录电极之间的距离为2cm，参考电极放在附近的骨性突起处。粘贴电极之前用砂纸打磨皮肤，然后用酒精擦净，以降低测量时候由皮肤碎屑引起的高阻抗。用弹性绷带将电极线捆绑在肢体周围，以防止因为电极线抖动引起基线漂移，采用遥测方式对扣球挥臂动作时肌肉的电活动进行记录，采样频率设置为1000 Hz。

在正式记录肌电信号之前，首先进行幅值标准化处理(normalization)，最大幅值测试方法采用 Peter Konrad中使用的方法对肌电信号进行标准化处理［10］，即将每一个人需要测试的每一块肌肉在扣球过程中的肌电振幅除以该块肌肉在等长最大随意收缩下的最大肌电幅值，用%MVC来表示，这样可以消除一些生理和测量干扰因素［11］，为了减少误差，最大肌电幅值测试进行三次，取三次最大值的平均值作为基准参考值。对采集到的原始肌电信号进行10－500Hz的带通滤波，然后使用平均法进行全波整流，再使用移动平均窗法(moving average window)［12］进行数据平滑。

1.2.1.4 相关指标定义

(1)正手:用持拍手掌心一侧的拍面击球。

(2)反手:使用是拍手手背一侧的拍面击球。

(3)发短球:运用手臂的力量将球轻轻拨出，球在网上15cm里穿过，落到对方A区落点。

(4)发高远球:发出的球又高又远，球落在对方的C区落点。

(5)发平快球:发出的球既快既平，直接发到对方的正手或者头顶的位置，落在对方的B区位置。

(6)准备期:受试者处于静止不动的准备状态。

(7)引拍期:从准备期拍头在X轴方向的位移开始直到位移值达到最小结束的时间段。

(8)挥拍期:拍头从X轴值最小至拍面接触球瞬间的时间段。

(9)击球期:球与拍面接触的时间段。

(10)随挥期:从球离开拍面瞬间到肘关节在Z轴上的位移达到最大时刻的时间段。

(11)肌肉激活时间:以准备期时的肌电为基准值，超过基准值2倍标准差的肌电幅值定为肌肉激活点。

(12)肌电峰值出现时间:经过整流滤波后的肌电信号以击球点为零时刻点，出现峰值的时刻。

1.2.2 数理统计法

运用SPSS14.0统计软件对数据进行处理，使用Wilcoxon配对等级检验进行正反手之间的差异，差异性的显著标准为0.05，所有数据用表示。

2 结果与分析

2.1 正手反手发球各个分期时间比较分析

由表1可知，正手发球与反手发球相比，无论是发短球、平快球还是高远球各个分期都是正手发球要长于反手发球(P＜0.05)，反手从引拍期到随挥期都要短于正手发球。本研究发现反手发三种球路时，引拍期比正手要短了0.5s左右，各分期大约仅为正手发球时间的1/4，其中时间最短的短球仅用了0.159s;而在挥拍期方面反手比正手大约短了0.1s，各分期使用的时间大约为正手发球的1/3;随挥期大约短了0.1s，各个分期时间仅为正手发球的1/2。国内有研究报道，当某一个技术动作的准备过程低于0.5s时，受试者没有时间对动作做出反应。本次研究的结果显示反手发球的各个分期的全周期都要低于0.5s，可见反手在挥拍击球方面有很大的优势，可以有效地减少对手的判断时间，使接发球者没有充足的时间判断，这可能也是目前大多数选手使用反手发球的原因。

表1 正手反手发球三种不同球路之间各个分期时间 (n=7)

2.2 正反手挥拍期肌电峰值出现时间分析

本研究中各个肌群激活达峰值的时间是以击球点为基准的，时间值越小，表示峰值出现的时间越接近击球点，也就是说肌群在击球前越晚达到峰值。通过肌群最大峰值出现的时间比较正反手击球过程肌肉激活的特性。从表2能够看出，正手和反手发球在挥拍期时，尺侧腕屈肌、桡侧腕伸肌、旋前圆肌、胸大肌在峰值幅值出现的时间上差异显著，说明反手发球时这些肌肉激活的较晚。同时从数据表中能够看出，在正手和反手发高远球时，除肱三头肌外各肌群峰值出现的时间都是正手发高远球要显著早于反手。

在正反手发三种球路比较中有显著差异的肌群中，发现反手发球时肌群激活达峰值的时间表现为近端肌肉激活较早，远端肌肉的激活较晚，说明反手发球时球拍是一个逐渐加速的过程，这与郭峰等人的研究结果相似［13］。而正手发球时各肌群较早地同时达到激活峰值，表示正手发球时有更多的时间进行挥拍动作，同时由于个肌群几乎同时激活达到峰值，因此会产生较好的加速效果。

同时与挥拍期时间按比较，发现反手发球挥拍期的平均时间为0.049－0.064s(见表1)，反手发短球时尺侧腕屈肌、肱二头肌、肱三头肌、三角肌前束、三角肌后束、胸大肌、斜方肌上束激活的峰值时间平均分 别 为 0.076s、0.093s、0.112s、0.134s、0.104s、0.094s、0.124s，说明这些肌肉在挥拍期之前就已经激活达到峰值，表示球拍在引拍完成后开始向前移动之前，上述的肌群都已经显著激活，可能是为了多做功，从而产生更好的击球力量。而在发平快球和高远球方面，其近端肌肉达到峰值时间大约是在引拍与挥拍的动作转换期上。正手发球时挥拍期时间大约在0.165－0.188s(见表1)，而各个肌群激活时峰值出现的时间基本都在该期间达到最大峰值，在挥拍期内迅速加速。

表2 正反手挥拍期肌电峰值出现时间 (n=7)

反手发球因为挥拍距离短，需要在有限的距离内加速挥拍的速度，在引拍与挥拍的动作转换过程中，近端肌肉先激活，带动会拍动作的产生，所以在反手发球时肌肉需要更加快速、更有力地进行收缩，尤其是在发平快球与高远球时更是如此，以达到最佳的击球效果。

3 结论

反手发球的各个分期的时间要显著短于正手发球，说明在达到与正手发球相同效果的同时，反手发球更加具有隐蔽性;反手发球时肌群激活达峰值的时间表现为近端肌肉激活较早，远端肌肉的激活较晚，挥拍是一个逐渐加速的过程;正手在挥拍期内各个肌群同时激活，挥拍表现为迅速加速的过程。正反手发球肌肉激活模式有较大差异，对于这类精准动作在平时训练中应该建立精细的神经肌肉支配模式。

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Kinematic and Surface Electromyograph Analysis on the Comparation of Forhand and Backhand Serve for Elite Badminton Players in GuangDong

Wu Qiang1，Huang Wei Lan2

(1.The P.E.Department，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou，510225，China;
2.The School of Physical Education，ZhangJiang Normal University，ZhangJiang，524048，China)

to study the characters of different serves and reasons why backhand sevrves were frequently used for single elite badminton players to provide references in judging serves from rivals and improving the serving performance.3D kinematics and muscle activities were synchronously analysed by two high speed cameras and an myoelectric apparatus when badminton players performanced three different serves(short serve、drive serve and long serve).there was significantly shoter different phases time in the backhand serves than in the forhand(p＜0.05);the peak time of proximal muscles activities was more early than that of distal muscles activites when backhand serves were performanced;the peak times of all muscles were less in the forhand than in the backhand sserve;the paper illustrated the reasons why plaers use more the backhand serves and the training of pattern of neuromuscular control should be improved for the fine movement like badminton serves.

Badmiton;Forhand Serves;Backhand Serves;Kinematics;Surface electromyograph

G847

A

1007－323X(2011)04－0099－04

2011－04－02

吴强(1973－)，男，广东高州人，讲师

研究方向:体育教育训练学