鄒凱單杠并腿馬凱洛夫動作的運動學分析

摘要：目的：探討鄒凱完成單杠并腿馬凱洛夫動作的運動學特點。方法：采用三維錄像解析法對2012年全國體操錦標賽單杠決賽中鄒凱完成的該動作進行運動學分析。結果：鄒凱較好完成并腿馬凱洛夫動作，特別是向前回環(huán)階段以及騰空階段的撒手時刻，完成相對出色，但是其他技術環(huán)節(jié)還有些瑕疵。結論：對鄒凱該進行技術診斷，就符合體操規(guī)則和運動生物力學原理的部分建立運動學技術模型， 論證其中運用到的生物力學原理，為廣大教練員、運動員提供關于鄒凱的技術參考數(shù)據(jù)，也為其他運動員改進技術，同時豐富單杠運動技術理論提供參考。

關鍵詞：單杠；運動學分析；飛行動作

中圖分類號：G832.2文獻標識碼：A文章編號：1006-2076（2014）03-0087-05

收稿日期：2013-10-19

基金項目：四川省體育局資助項目“四川省競技體育科學化體能訓練模式的研究與建立”（2013SZ0009）。

作者簡介：程亮（1985-），男，碩士，助理研究員，研究方向運動生物力學和力量訓練康復。

作者單位：四川省運動技術學院，四川 成都610041

在第28屆北京奧運會上，鄒凱一人獨攬3金，其中包括中國體操史上單杠項目的第一塊奧運金牌，之后又先后獲得2009年第41屆、2011年第43屆體操世錦賽單杠冠軍和2012年倫敦奧運會單杠銅牌，表明鄒凱已經(jīng)躋身于世界最優(yōu)秀單杠運動員的行列[1]。通過觀看視頻錄像統(tǒng)計，在第39～42屆世錦賽、2008年北京奧運會和2012年倫敦奧運會單杠決賽中，并腿馬凱洛夫（E組難度分值為05分）動作分別使用4次、4次、4次、8次、8次和8次，由此可見并腿馬凱動作已成為流行性的飛行動作，而該動作是鄒凱每次大賽必做的飛行動作之一。

目前國內外學者對于單杠的研究大多停留在單杠項目和技術的發(fā)展史、賽后動作編排的統(tǒng)計學分析上。雖然有學者對單杠動作進行運動生物力學分析，其中不乏涉及到計算機模擬仿真技術、運動學二、三維的解析[1]，但是還沒有直接具體對并腿馬凱洛夫動作進行定量的運動學研究。如何保持我國單杠的優(yōu)勢，以及加強后備人才的建設，是目前亟待解決的問題。由此我們有必要對鄒凱在2012年全國體操錦標賽單杠決賽中完成的并腿馬凱洛夫動作進行運動學分析，并建立關于鄒凱該動作的運動學技術模型，為運動員和教練員提供科學的定量指標。

1研究對象與方法

11研究對象

以世界優(yōu)秀體操運動員鄒凱為研究對象（表1）。

12研究方法

在2012年全國體操錦標賽單杠決賽現(xiàn)場用兩臺德國產的高速攝影機（頻率為100幅/秒 ）從不同角度（圖2顯示兩個攝像機主光軸夾角為90°）拍攝了鄒凱決賽的全過程。選取鄒凱決賽中成功完成的并腿馬凱動作的錄像片段，采用3D-SignalTec解析系統(tǒng)對拍攝的錄像進行解析，選用日本的松井秀治人體模型（男子，16個環(huán)節(jié)，21個關節(jié)點參數(shù)），并選用24點星狀框架。圖2給出解析時空間坐標原點為N點，垂直杠水平向右為X正方向，平行并遠離杠N點為Y正方向，垂直向上為Z正方向。運用低通數(shù)字濾波法對原始數(shù)據(jù)進行平滑處理，截斷頻率為6赫茲，獲得了該連接動作重要的運動學參數(shù)。

2研究結果與分析

21階段的劃分和專業(yè)詞匯的定義和解釋

211階段的劃分

為了便于動作的分析，本研究把并腿馬凱動作劃分三個時刻（右手握杠時刻、雙手脫杠時刻和雙手再握杠時刻），兩（A、B）個階段。A.向前回環(huán)階段：右手握杠時刻經(jīng)過向前回環(huán)到雙手脫杠時刻。B.騰空階段：雙手脫杠時刻經(jīng)過騰空越杠到雙手再握杠時刻。

212專業(yè)詞匯的定義和解釋

撒手角[2]：撒手瞬間人體重心與單杠連線和水平線的夾角。

再握角[2]：再握瞬間人體重心與單杠連線和水平線的夾角。

再握半徑[2]：再握瞬間人體重心與單杠連線的長度。

軀干相對下肢前傾角：人體兩肩中點和兩髖中點的連線與兩髖中點和兩踝中點的連線夾角。

除特別注明，文章中出現(xiàn)的肩、肘、髖、膝、踝角指左右關節(jié)角的平均值。

22向前回環(huán)階段分析

向前回環(huán)屬于單杠中的銜接動作，該階段的目的是為了使人體獲得足夠大的動能，為更好地去完成并腿馬凱洛夫動作做鋪墊，因此分析是很有必要的。根據(jù)動作特點，向前回環(huán)可以分下擺、兜腿和上擺三個過程。

錢競光認為[2]，下擺是人體利用重力矩做功獲得轉動動能的過程，所以通過合理的技術，加大重力矩是下擺技術的關鍵。對具體的運動員而言重量是相對穩(wěn)定的，重力矩的大小主要取決于握杠點到重心的水平距離，在下擺過程中這個距離是變化的。人體重心在杠上垂線位置時重力矩為零，下擺至杠平面時，達到最大值，而繼續(xù)下擺到杠下垂線位置時又為零。運動員可以通過姿勢的改變來調整重心到單杠握點的水平距離。

根據(jù)以上原理認為，鄒凱向前回環(huán)下擺過程，應該符合以下的運動生物力學原理才能獲得最大重力距的要求。如圖3所示，從杠上垂線位置到杠平面的下擺過程，可以通過髖關節(jié)背伸的動作來加快重心下移，加大重力臂；下擺到杠水平面時應該伸髖，延長重心到杠的水平距離，下擺到杠水平面后應該屈髖加快重心的上移，來延緩重力臂的減小。

由表2得知，鄒凱在下擺過程最大髖角為22527°，此時與杠平面夾角為2457°，最小髖角為12743°，此時與杠平面夾角為-3496°，髖角變化幅度為9783°。從數(shù)據(jù)可以驗證鄒凱是通過伸屈髖來改變人體重心到單杠握點的水平距離，從而改變重力距。

從前面分析得知，回環(huán)階段“兜腿鞭打”是關鍵，由彈性勢能公式Ek=1/2KX2看出，單杠彈性勢能的大小取決于單杠形變深度X，單杠向下形變越大，人體上擺時，就能使更多的彈性勢能轉為人體的動能；在上擺過程中，重力對人體的運動做負功，使人體運動速度逐漸減慢。人體繞單杠的轉動速度減慢程度主要由重心到單杠握點的水平距離確定，因此為了保持更大的運動速度，運動員可以采用一定的技術，一般通過髖關節(jié)的屈伸來縮短回環(huán)半徑，即減小重心到單杠的距離。

從表3可以看出，鄒凱在下擺最低點時刻重心的水平速度VX=485 m/s，人體重心離杠的距離為-108 m，此刻肩、髖、膝和踝關節(jié)角度分別為17741°、13289°、17402°和16384°，髖關節(jié)為屈曲狀態(tài)，在上擺過程迅速伸髖，形成下肢的急速鞭打動作，鞭打幅度為8346°。從數(shù)據(jù)可以看出，鄒凱在兜腿上擺過程中，髖關節(jié)由屈變?yōu)檠杆俸笊欤纬上轮辛Φ谋薮颍箚胃墚a生更大的形變，儲存更多的彈性勢能，為后面的騰空階段做準備。

23騰空階段分析

騰空階段除了在空中飛行外，還有兩個很重要的時刻，分別是撒手時刻和再握杠時刻。本研究分別從撒手時刻、空中姿態(tài)和再握時刻來分析整個騰空階段。

231撒手時刻分析

撒手是保證人體以最佳騰起條件和下肢的角動量傳遞給上肢，從而進入騰空的關鍵技術[4]。由于撒手后要制腿振肩來減慢腿的速度，加速肩的立起，從而使人體產生向前的翻轉動量矩[1]。考慮到騰空后需要再握杠，這就需要保證以最佳的騰起初速度和騰起角度進入騰空階段，并要合理地改變人體的相對位置，重新調節(jié)各部分的運動速度，從而實現(xiàn)動量矩方向的改變，這是撒手技術的關鍵。

3研究結論

鄒凱較好地完成并腿馬凱洛夫動作，特別是在向前回環(huán)階段以及騰空階段的撒手時刻，完成得相對出色，但是其他技術環(huán)節(jié)還有些瑕疵。筆者給鄒凱所做的動作進行了技術診斷，并就符合體操規(guī)則和運動生物力學原理的部分建立了運動學技術模型，具體分析如下：

31向前回環(huán)階段

向前回環(huán)下擺過程，鄒凱通過伸屈髖來改變人體重心到單杠握點的水平距離從而改變重力距。兜腿鞭打積極，鞭打幅度較大。鄒凱該階段的運動學技術模型：鄒凱在下擺過程最大髖角為22527°，此時與杠平面夾角為2457°，最小髖角為12743°，此時與杠平面夾角為-3496°，髖角變化幅度為9784°；在下擺最低點時刻重心的水平速度VX為485 m/s，人體重心離杠的距離為-108 m，此刻肩、髖、膝和踝關節(jié)角度分別為17741°、13289°、17402°和16384°，鞭打幅度為8346°。

32騰空階段

321撒手時刻

鄒凱在撒手時刻是通過爆發(fā)式的振胸帶臂動作完成的，符合運動生物力學技術原理。鄒凱該過程的運動學技術模型：在撒手時刻鄒凱的水平速度VX為-175 m/s、垂直速度Vz為247 m/s、重心離杠高度為073 m，重心離杠水平距離為061 m，撒手角度為4989°，此刻肩、肘、髖和膝角分別為16693°、16920°、12910°和17164°。

322空中姿態(tài)

鄒凱在整個騰空過程下肢挺直，但是軀干相對下肢前傾角的變化幅度在騰空后025 s后就沒有達到規(guī)則要求，因此整體來說鄒凱空中姿態(tài)不夠好。鄒凱該過程的運動學技術模型：騰空最高點重心速度Vx為-167 m/s，重心離杠高度為104 m，重心離杠水平距離為021 m，膝關節(jié)角為16526°，髖關節(jié)角為13821°，騰空時間為068 s。

323再握時刻

鄒凱再握時刻肘關節(jié)彎曲，不符合體操規(guī)則；鄒凱抓杠時重心位置較高，手臂和身體基本呈垂直狀態(tài)，下肢挺直，髖關節(jié)呈屈曲狀態(tài)減小人體繞單杠的轉動半徑，有利于后面的緩沖。鄒凱該過程的運動學技術模型：再握時刻的肩、髖和膝角分別為9042°、13095°和17384°，此時重心水平速度VX為161 m/s，垂直速度Vz為425 m/s，再握半徑為057 m，再握角為1199°，此時人體重心在杠的上方012 m，離杠水平距離為-056 m。

4建議

4.1建議鄒凱在騰空階段強化直體動作的意識，身體不能過度前傾；再握杠時刻保持現(xiàn)有的技術外，應該主動伸直肘關節(jié)，減少不必要的扣分。

4.2教練員和運動員在借鑒該連接動作運動學技術模型時，應根據(jù)運動員自身的身體素質條件，對鄒凱所做的動作取長補短，畢竟每個人都有自己的最佳技術動作，以上數(shù)據(jù)只作為參考，因此不能盲目照搬。

參考文獻：

[1]程亮，常書婉鄒凱單杠中穿上轉體360°經(jīng)反握倒立動作的運動學分析[J]南京體育學院學報：自然科學版，2012，11（4）：23-26

[2]錢競光，孟昭莉，等體操單杠運動中的生物力學原理探討[J]南京體育學院學報，2007，6（2）：1-6

[3]國際體操聯(lián)合會2009年-2012年男子競技體操評分規(guī)則[S].李紅艷，譯北京：國家體育總局體操管理中心，2010

[4]錢競光體操難新動作設計技術分析訓練[J]體育科學，1999，19（2）：48-50

從表3可以看出，鄒凱在下擺最低點時刻重心的水平速度VX=485 m/s，人體重心離杠的距離為-108 m，此刻肩、髖、膝和踝關節(jié)角度分別為17741°、13289°、17402°和16384°，髖關節(jié)為屈曲狀態(tài)，在上擺過程迅速伸髖，形成下肢的急速鞭打動作，鞭打幅度為8346°。從數(shù)據(jù)可以看出，鄒凱在兜腿上擺過程中，髖關節(jié)由屈變?yōu)檠杆俸笊欤纬上轮辛Φ谋薮颍箚胃墚a生更大的形變，儲存更多的彈性勢能，為后面的騰空階段做準備。

23騰空階段分析

騰空階段除了在空中飛行外，還有兩個很重要的時刻，分別是撒手時刻和再握杠時刻。本研究分別從撒手時刻、空中姿態(tài)和再握時刻來分析整個騰空階段。

231撒手時刻分析

撒手是保證人體以最佳騰起條件和下肢的角動量傳遞給上肢，從而進入騰空的關鍵技術[4]。由于撒手后要制腿振肩來減慢腿的速度，加速肩的立起，從而使人體產生向前的翻轉動量矩[1]。考慮到騰空后需要再握杠，這就需要保證以最佳的騰起初速度和騰起角度進入騰空階段，并要合理地改變人體的相對位置，重新調節(jié)各部分的運動速度，從而實現(xiàn)動量矩方向的改變，這是撒手技術的關鍵。

3研究結論

鄒凱較好地完成并腿馬凱洛夫動作，特別是在向前回環(huán)階段以及騰空階段的撒手時刻，完成得相對出色，但是其他技術環(huán)節(jié)還有些瑕疵。筆者給鄒凱所做的動作進行了技術診斷，并就符合體操規(guī)則和運動生物力學原理的部分建立了運動學技術模型，具體分析如下：

31向前回環(huán)階段

向前回環(huán)下擺過程，鄒凱通過伸屈髖來改變人體重心到單杠握點的水平距離從而改變重力距。兜腿鞭打積極，鞭打幅度較大。鄒凱該階段的運動學技術模型：鄒凱在下擺過程最大髖角為22527°，此時與杠平面夾角為2457°，最小髖角為12743°，此時與杠平面夾角為-3496°，髖角變化幅度為9784°；在下擺最低點時刻重心的水平速度VX為485 m/s，人體重心離杠的距離為-108 m，此刻肩、髖、膝和踝關節(jié)角度分別為17741°、13289°、17402°和16384°，鞭打幅度為8346°。

32騰空階段

321撒手時刻

鄒凱在撒手時刻是通過爆發(fā)式的振胸帶臂動作完成的，符合運動生物力學技術原理。鄒凱該過程的運動學技術模型：在撒手時刻鄒凱的水平速度VX為-175 m/s、垂直速度Vz為247 m/s、重心離杠高度為073 m，重心離杠水平距離為061 m，撒手角度為4989°，此刻肩、肘、髖和膝角分別為16693°、16920°、12910°和17164°。

322空中姿態(tài)

鄒凱在整個騰空過程下肢挺直，但是軀干相對下肢前傾角的變化幅度在騰空后025 s后就沒有達到規(guī)則要求，因此整體來說鄒凱空中姿態(tài)不夠好。鄒凱該過程的運動學技術模型：騰空最高點重心速度Vx為-167 m/s，重心離杠高度為104 m，重心離杠水平距離為021 m，膝關節(jié)角為16526°，髖關節(jié)角為13821°，騰空時間為068 s。

323再握時刻

鄒凱再握時刻肘關節(jié)彎曲，不符合體操規(guī)則；鄒凱抓杠時重心位置較高，手臂和身體基本呈垂直狀態(tài)，下肢挺直，髖關節(jié)呈屈曲狀態(tài)減小人體繞單杠的轉動半徑，有利于后面的緩沖。鄒凱該過程的運動學技術模型：再握時刻的肩、髖和膝角分別為9042°、13095°和17384°，此時重心水平速度VX為161 m/s，垂直速度Vz為425 m/s，再握半徑為057 m，再握角為1199°，此時人體重心在杠的上方012 m，離杠水平距離為-056 m。

4建議

4.1建議鄒凱在騰空階段強化直體動作的意識，身體不能過度前傾；再握杠時刻保持現(xiàn)有的技術外，應該主動伸直肘關節(jié)，減少不必要的扣分。

4.2教練員和運動員在借鑒該連接動作運動學技術模型時，應根據(jù)運動員自身的身體素質條件，對鄒凱所做的動作取長補短，畢竟每個人都有自己的最佳技術動作，以上數(shù)據(jù)只作為參考，因此不能盲目照搬。

參考文獻：

[1]程亮，常書婉鄒凱單杠中穿上轉體360°經(jīng)反握倒立動作的運動學分析[J]南京體育學院學報：自然科學版，2012，11（4）：23-26

[2]錢競光，孟昭莉，等體操單杠運動中的生物力學原理探討[J]南京體育學院學報，2007，6（2）：1-6

[3]國際體操聯(lián)合會2009年-2012年男子競技體操評分規(guī)則[S].李紅艷，譯北京：國家體育總局體操管理中心，2010

[4]錢競光體操難新動作設計技術分析訓練[J]體育科學，1999，19（2）：48-50

從表3可以看出，鄒凱在下擺最低點時刻重心的水平速度VX=485 m/s，人體重心離杠的距離為-108 m，此刻肩、髖、膝和踝關節(jié)角度分別為17741°、13289°、17402°和16384°，髖關節(jié)為屈曲狀態(tài)，在上擺過程迅速伸髖，形成下肢的急速鞭打動作，鞭打幅度為8346°。從數(shù)據(jù)可以看出，鄒凱在兜腿上擺過程中，髖關節(jié)由屈變?yōu)檠杆俸笊欤纬上轮辛Φ谋薮颍箚胃墚a生更大的形變，儲存更多的彈性勢能，為后面的騰空階段做準備。

23騰空階段分析

騰空階段除了在空中飛行外，還有兩個很重要的時刻，分別是撒手時刻和再握杠時刻。本研究分別從撒手時刻、空中姿態(tài)和再握時刻來分析整個騰空階段。

231撒手時刻分析

撒手是保證人體以最佳騰起條件和下肢的角動量傳遞給上肢，從而進入騰空的關鍵技術[4]。由于撒手后要制腿振肩來減慢腿的速度，加速肩的立起，從而使人體產生向前的翻轉動量矩[1]。考慮到騰空后需要再握杠，這就需要保證以最佳的騰起初速度和騰起角度進入騰空階段，并要合理地改變人體的相對位置，重新調節(jié)各部分的運動速度，從而實現(xiàn)動量矩方向的改變，這是撒手技術的關鍵。

3研究結論

鄒凱較好地完成并腿馬凱洛夫動作，特別是在向前回環(huán)階段以及騰空階段的撒手時刻，完成得相對出色，但是其他技術環(huán)節(jié)還有些瑕疵。筆者給鄒凱所做的動作進行了技術診斷，并就符合體操規(guī)則和運動生物力學原理的部分建立了運動學技術模型，具體分析如下：

31向前回環(huán)階段

向前回環(huán)下擺過程，鄒凱通過伸屈髖來改變人體重心到單杠握點的水平距離從而改變重力距。兜腿鞭打積極，鞭打幅度較大。鄒凱該階段的運動學技術模型：鄒凱在下擺過程最大髖角為22527°，此時與杠平面夾角為2457°，最小髖角為12743°，此時與杠平面夾角為-3496°，髖角變化幅度為9784°；在下擺最低點時刻重心的水平速度VX為485 m/s，人體重心離杠的距離為-108 m，此刻肩、髖、膝和踝關節(jié)角度分別為17741°、13289°、17402°和16384°，鞭打幅度為8346°。

32騰空階段

321撒手時刻

鄒凱在撒手時刻是通過爆發(fā)式的振胸帶臂動作完成的，符合運動生物力學技術原理。鄒凱該過程的運動學技術模型：在撒手時刻鄒凱的水平速度VX為-175 m/s、垂直速度Vz為247 m/s、重心離杠高度為073 m，重心離杠水平距離為061 m，撒手角度為4989°，此刻肩、肘、髖和膝角分別為16693°、16920°、12910°和17164°。

322空中姿態(tài)

鄒凱在整個騰空過程下肢挺直，但是軀干相對下肢前傾角的變化幅度在騰空后025 s后就沒有達到規(guī)則要求，因此整體來說鄒凱空中姿態(tài)不夠好。鄒凱該過程的運動學技術模型：騰空最高點重心速度Vx為-167 m/s，重心離杠高度為104 m，重心離杠水平距離為021 m，膝關節(jié)角為16526°，髖關節(jié)角為13821°，騰空時間為068 s。

323再握時刻

鄒凱再握時刻肘關節(jié)彎曲，不符合體操規(guī)則；鄒凱抓杠時重心位置較高，手臂和身體基本呈垂直狀態(tài)，下肢挺直，髖關節(jié)呈屈曲狀態(tài)減小人體繞單杠的轉動半徑，有利于后面的緩沖。鄒凱該過程的運動學技術模型：再握時刻的肩、髖和膝角分別為9042°、13095°和17384°，此時重心水平速度VX為161 m/s，垂直速度Vz為425 m/s，再握半徑為057 m，再握角為1199°，此時人體重心在杠的上方012 m，離杠水平距離為-056 m。

4建議

4.1建議鄒凱在騰空階段強化直體動作的意識，身體不能過度前傾；再握杠時刻保持現(xiàn)有的技術外，應該主動伸直肘關節(jié)，減少不必要的扣分。

4.2教練員和運動員在借鑒該連接動作運動學技術模型時，應根據(jù)運動員自身的身體素質條件，對鄒凱所做的動作取長補短，畢竟每個人都有自己的最佳技術動作，以上數(shù)據(jù)只作為參考，因此不能盲目照搬。

參考文獻：

[1]程亮，常書婉鄒凱單杠中穿上轉體360°經(jīng)反握倒立動作的運動學分析[J]南京體育學院學報：自然科學版，2012，11（4）：23-26

[2]錢競光，孟昭莉，等體操單杠運動中的生物力學原理探討[J]南京體育學院學報，2007，6（2）：1-6

[3]國際體操聯(lián)合會2009年-2012年男子競技體操評分規(guī)則[S].李紅艷，譯北京：國家體育總局體操管理中心，2010

[4]錢競光體操難新動作設計技術分析訓練[J]體育科學，1999，19（2）：48-50