网球正手击球技术生物力学模型人体环节研究

□ 张超 杨彬 高书芳 （.长江大学体育学院 湖北 荆州 43403；.长江大学物理与光电工程学院 湖北 荆州 43403）

在我国，网球运动已经从贵族走向平民化，越来越多的人开始喜欢并从事网球运动。无论是高水平运动员还是网球初学者，都需要学好各项基本技术，在网球的各项基本技术中，正手击球是最基本也是运用最多的技术。正手击球是比赛中进攻得分的制胜法宝，也是网球最基本的击球技术，是最基本的进攻和防守手段。随着现代竞技网球的发展趋势，对正手击球的要求也越来越高，在网球的各项基本技术中，正手击球是运用最多的一种击球方式，根据技术统计分析一场比赛中使用正手击球的频率占比赛的70%左右。手击球可以分为两种：上旋球和平击球。正手击球技术是网球各项技术中最基本的，也是使用率最高的，约占比赛击球的70%-80%。由上旋球的特点，我们可知该技术前冲力量大，弹跳高，可掌握比赛的主动权，使对方处于被动状态，达到进可攻、退可守，灵活机动；而纯粹的大力平击球由于其力量大，速度快，落点深，是比赛得分的有力手段。从某种意义上说，正手上旋球和平击球的掌握和运用的好坏，直接反映运动员网球技术水平的高低，也对其比赛的胜负结果产生深远影响。要想获得高质量的正手击球，除了长时间的训练以外，运用三维高速摄像机，获得人体环节数据，并通过文献资料与优秀运动员做对比，可以有针对性的提高正手击球技术的改进。

1、研究对象与研究方法

1.1、研究对象

网球运动员正手击球动作。

1.2、研究方法

（1）文献资料法。

根据本研究需要，在长江大学图书馆，中国知网，以及各类核心期刊中，查阅和收集了大量与网球正手击球以及网球正手击球运动生物力学的相关文献，然后认真阅读相关资料，从而了解国内外研究动态，并对相关资料进行分析比较、分类整理，确定与本研究有关的运动学参数。

（2）三维录像解析法。

运用JVC GC-PX10AC高速摄像机，在成都体育学院红土网球场进行拍摄。拍摄过程中两台摄像机主光轴约成90°夹角，两机高都约为1.5m，两机离拍摄对象大约都为13.5m。解析过程采用3-DSignal Tec解析系统，星高钛3-D Signal TECV3.2HDC解析系统业余网球运动员模型选自Japanese人体模型(16个环节，21个关节点)，因研究需要，添加了拍头顶端测试点，同时添加了肩髋投影环节角这个测试角度，解析时采用逐幅解析。对所获得的原始数据运用低通数字滤波法进行平滑处理，截断频率为8赫兹，从而获取运动员上肢肩肘下髋膝踝的相关运动学数。见图1：

2、结果与分析

随着网球球拍技术、网线材料、正手击球技术的不断革新，网球正手击球技术已成为国际优秀网球运动员获取比赛的基础，在不断的完善正手击球技术的同时，通过力学分析，获得人体的各项力学数据，可以为接下来的比赛和训练提供更详实的数据，具有很高的参考价值。网球正手击球技术是网球比赛当中最常用到的一门技术，每一个优秀的运动员最具威胁性的技术往往是正手击球技术，也是能够获取制胜分的关键，在一场比赛当中，正手的制胜分和非受迫性失误通常都是一场比赛获得胜利与否的指导性指标。正手击球技术的站位姿势现阶段大体分为三种：第一种是封闭式击球站位。第二种是半开放式击球站位。第三种是开放式击球站位。引拍当今网坛流行“C”形引拍，也就是通常所说的弧形引拍。费德勒、纳达尔一般采用开放式或者半开放式站位击球，这样更有利于他们在底线进行相持球时能够尽早的回位，同时这两种站位，相较于封闭式站位击球，要求击球点更加靠前，能够较好的完成上升期的击球，缩短击球的时间，加快击球的节奏。封闭式站位击球一般应用半场出现能够一拍制胜的机会球，将全身的力量由后脚转移到前脚，产生更强的击球力量，缺点在于回位比较慢，不能够较好的迎接快速来球。弧形引拍能够使网球运动员在引拍阶段很好放松，同时在准备击球过程中做好由静变化为动态的准备，也有利于运动员更好的转动肩部，为击球做好准备。正手击球动作是从准备动作开始，持拍手握住球拍的拍柄底部，非持拍手扶住拍颈位置，双脚开立，大致与肩同宽。双膝弯曲，头部向前对着来球，身体保持放松状态。在引拍准备击球之前，球拍向持拍手的一侧弧形引拍，由耳部向上引拍至头顶处，手臂随之下垂，使得球拍的拍头低于腰部，按照现代网球正手技术的发展趋势以及观察费德勒、纳达尔的视频录像，在球拍引至腰部位置处时，不再向后引拍，以便缩短引拍距离，在引拍的同时，肩部向后转动至于腰部同一垂直线处，或稍微靠前，靠后，肘关节伸展一定角度，手腕处于放松状态，在腕关节和球拍之间，形成一个90°左右的夹角。双腿分开站立，持拍侧脚略微向后，双膝弯曲，呈放松状态。在击球瞬间，手腕向后做一个轻微的甩腕动作，同时踝关节向下蹬地，给予身体一个反作用力，力量向上传导顺序为踝关节膝关节 髋关节 肩关节 肘关节腕关节 球拍，形成一个完整的动力链，在击球的瞬间，分为直臂击球和曲臂击球两种击球方式，费德勒、纳达尔采取的是直臂击球方式，肘关节完全伸直或者是接近伸直。髋关节带动整个身体进行转动，膝关节蹬伸，非持拍手随着身体一起转动。在击球结束的时候，蹬地转体结束，身体转动180°。费德勒、纳达尔手臂、手腕向内旋转，形成雨刷式随挥，非持拍手在身体的另一侧接住球拍，结束正手接球，此阶段称为随挥阶段。

引拍阶段是正手击球技术的第二阶段，是身体由静态转为动态，准备迎接来球的阶段。运动员将手腕放松，球拍由持拍手一侧向上引拍，持拍手的肩部同时向后方转动，非持球手自然打开，跟随整个上半身一起向后转动，膝关节向下自然放松弯曲到一定角度，手腕放松，随后将肩关节，肘关节准备放下，两关节同时处于放松转态。引拍阶段到此时结束。引拍阶段，应尽量放松，避免因为精神紧张而产生身体肌肉紧张，导致整个身体僵硬，无法发力。在引拍的过程中，根据视频和录像观察，优秀运动员的头部是保持固定不动的，以免因为头部的晃动，而致使身体的稳定性发生改变，使得挥拍击球产生不良影响。在引拍阶段，要保证肩关节和肘关节与上半身有一定的角度，使得肩关节，肘关节相对于上身处于伸展状态，在伸展同样距离的情况下，肩角和肘角成反比，肘角越大，肩角越小，肘角越小，左肩角就越大。也能够让运动员在随后的击球过程中，使用直臂击球过程中，产生更大的角速度。同时在髋关节和膝关节应该保持放松弯曲的状态，在蹬地转体的时候，可以获得更大的向上的力量。

挥拍阶段是在引拍结束后，球拍由身体的侧后方向前挥拍，直到击打到球的过程。挥拍阶段：手臂逐渐向后下做预摆，肩关节向前转动，肘关节慢慢伸展成直线状态，腕关节同时向后摆动，踝关节，膝关节向上传导蹬地转体的力量。在挥拍击球前,肘关节伸展成180°，或者接近于180°，这样能增加角速度，从而转换为线速度,增加拍头速度。因为网球正手击球是一个舒展的鞭打动作，所以在击球的瞬间，上下肢体协调用力，各个环节达到最大值。同时，由于角速度增大，因而增大身体的线速度，在手腕、肩、肘，速度都会有明显的提升。

随挥阶段是球拍在接触球，同时开始继续向前挥拍的，直至球拍停止下来，准备击球下次来球的过程。因为现代网球的特点是要求回位时间早，所以产生不同于以往传统的随挥动作，现代正手击球是将球拍随挥至身体的另一侧结束，而不是向以往上收到肩以上。不过因为纳达尔随挥有其独特的方式，是球拍收回至头顶反向旋转，故一般人最好不要尝试模仿。

在随挥阶段，受测试者的肩关节角度是由最大值147.4°逐渐下降至98.1°，这表明受测试者在随挥阶段转肩幅度比较大，能够将球拍回收至身体的另一侧，而纳达尔的左肩角为113.1°，这表明纳达尔在随挥阶段，收拍动作是位于头顶的上方，虽然不是通常的收拍方式，但是这样也有助于他能够击打出强烈的上旋球出来。

因为受肩关节角度影响，肘关节角度同样也会向内旋转收回，在这个阶段，受测试者是由175.3°，降至55.8°，这也证明受测试者的肘关节回收幅度较大，能够达到雨刷式收拍的效果。而纳达尔是87.9°，因为其特殊的收拍方式，所以在头顶，其肘关节仍然弯曲的程度比较大。

3、研究结论

在正手击球过程中，人体的主要参与发力做功的环节是踝环节，膝关节，髋关节，肩关节，肘关节，腕关节，持拍手，最后将所有力量传导至球拍，使得球拍产生向前向上的加速，从而在击球时，给予球更强的力量和旋转。在现代网球技术发展趋势，同时根据测试的相关数据可以得知，正手击球技术的关键在于引拍小，转髋幅度大，下蹲充分，所以这要求运动在肩关节转动的时候，角度要相对小，在挥拍的过程中，髋关节的转动幅度要尽可能大，能够接近180°，是比较理想的状态，在挥拍的过程中，肘关节要尽量舒展，可以有效的加快腕关节和拍头的速度，产生更大的动量，使得回球更有力量和旋转。