棒球投手投球动作的运动生物力学研究

李强

中图分类号：G848 文献标识：A 文章编号：1009-9328（2014）11-000-01

摘 要 以2013年第十七届首都高校棒球锦标赛上场一线投手为研究对象，选取北方工业大学、清华大学的五名投手以及五名外援为优秀组，北京交通大学、北京理工大学、北京师范大学的十名投手为一级组。旨在探讨首都高校棒球投手投球技术特点，为提高投手的投球技能提供参考。

关键词 棒球 投球 图像解析 运动学 动力学

对于一支棒球队来说，投手是一支棒球球队的灵魂，投手水平的高低是非常重要的，可以说，投手的水平左右甚至决定了一场比赛的胜负，亦是衡量一支球队强弱的重要标志。以期引起有关学者们对于此领域研究的关注，为教学训练提供数据参考和理论。

一、研究方法

（一）实验对象与分组

以2013年第十七届首都高校棒球锦标赛各参赛队一线投手为研究对象，从中选取五名外援为优秀组，北方工业大学、清华大学的投手为一级组。

（二）技术资料的获取

用一部JVCGR-DVL9800高速摄像机选取100格/s的拍摄速度对每一投手前三局的投快球动作进行平面定机拍摄，快门速度为1/250s，焦距、光圈调到最适状态。摄像机放置在三垒板后面（左投手则放置在一垒板后面），摄像机主光轴对准投手板中心，镜头距投手25m，机高为1.25m。摄像机主光轴与投手板中心和本垒中心连线垂直。

（三）图像解析

运用上海体育学院运动生物力学教研室SBCAS2图像解析系统只对投手投快球动作进行图像解析（从自由脚踏地瞬间前5幅到球出手瞬间后5幅）。选取每一投手3次投速最大的投球动作进行解析。采用四阶低通滤波法对原始数据进行过滤和平滑。截止频率为8Hz。

二、棒球投手投球技术运动生物学方面的研究结果与分析

（一）动作历时对比分析

本研究中优秀组投手动作历时为122.0±35.6ms，与国外优秀职业投手相对来说比较接近。而一级组为184.0±25.1s。一级投手与优秀组在动作历时上存在明显的差异。从技术资料中看出，一级组的投手伸踏过程中躯干过分后仰，导致在伸踏瞬间躯干不能快速旋转，从而使投球动作不能够在短时间内完成。

（二）身体质心运动学特征

在投掷过程中，运动员自由脚着地支撑时有力的制动和自身在通过投掷臂对器械施力于加速的过程中器械的惯性力（F=-ma，其中F为惯性力，m为器械重量，a为器械的加速度）与加速度反向作用于身体而使身体质心水平速度下降的效应，大大地提高了身体动量向器械的传递，使器械动量增加。由此而论，投掷动作中最后用力过程，运动员身体质心水平速度的下降是人体动量传递给器械的必然结果。

1.最后用力动作中质心水平速度变化

从技术分析角度来看，优秀组投手投球过程中所表现出来的共同点是身体质心移动比较平稳，且最后用力后身体质心水平速度下降率为42.6±14.5%，也就是说在投球的最后用力阶段，对于质心水平速度利用情况较好；而一级组投手身体质心水平速度下降率为31.9±9.6%。

2.质心前移距离

现代投手不再强调投球瞬间质心的前移，而非常注重身体转动的效果。因此在投球过程中一般跨步比较小，尽量不弯曲轴足的膝盖，并且在球出手瞬间让身体尽量下压，以躯体的转动来取代质心的前移。本研究中两组投手投球过程中身体质心前移距离分别为29.4±10.3cm和39.3±12.3cm，一级组投手质心前移距离较大。

（三）躯干运动学特征

本研究中优秀组投手在自由脚踏地瞬间躯干处于前倾状态，球出手瞬间躯干前倾角为34.7 ±7.2。而一级组投手在自由脚踏地瞬间躯干基本上处于后仰状态，在球出手瞬间躯干前倾角为26.7°±9.3。出现这一现象的原因是：优秀组投手能够充分借支撑脚为支点进行整体旋转，伸踏与身体旋转一体化；而一级组的投手则出现伸踏与旋转的连续动作。

（四）自由腿膝关节运动学特征

Escamilla研究认为，在投球过程中，膝关节仅在肩关节达最大外旋前开始伸，然后一直持续到投球动作的结束。球出手瞬间，如果膝关节继续作屈的运动，则会阻碍躯干向前旋转从而导致投手投球时躯干僵直。优秀组投手在投球动作的前半段，自由腿膝关节屈，然后开始伸，并一直持续到球出手；一级组投手投球过程中自由腿膝关节角度变化主要表现出缺少明显的伸展动作。

三、结论与建议

（一）优秀的棒手投手能够有效的利用身体的旋转获动能，自由腿伸踏--身体旋转同步一体程度较高，最后用力的动作节奏快；而一级投手表现出自由腿伸踏--身体旋转依次连续动作特征，最后用力时间较长，动作节相对较慢；（二）优秀投手身体质心前移幅度相对小，伸踏腿的制动能力强，以有效地利用身体运动的运动量；一级投手身体前移幅度相对较大，大部分投手身体质心表现出明显二次加速的特点，从而影响到球出手时的速度；（三）优秀投手依靠身体旋转，形成良好的上肢鞭打，获得较大的手腕部速度；一级投手更大程度的身体前移，上肢鞭打相对较差；（四）棒球投手训练中应该加强伸踏腿的退让能力训练，提高最后用力的支撑能力；（五）技术训练中要适当控制伸踏步幅，强调以身体旋转带前移，避免以前移为主要技术特点。

★批准号：2013JBM129。

参考文献：

[1] 程正欣，张怡雯.棒球投手投球之生物力学探讨[J].中华体育季刊.2008.22（2）：108.