羽毛球運動生物力學研究進展

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　　摘  要：從研究內容和研究方法兩個角度分別切入，簡要地總結了目前國內外羽毛球運動生物力學研究的進展。在相關研究的內容上，首先介紹了羽毛球運動技術、運動損傷以及運動器材方面的研究成果，接著分類比較了運動學、動力學以及生物學測量與分析方法的優勢與不足，揭示了將運動生物力學應用于羽毛球研究的重要意義。根據現有的研究成果和發展趨勢，研究認為在接下來的工作中應當致力于手指等小關節部位的精細動作技術研究、群眾健身中羽毛球運動損傷的預防以及羽毛球專項實驗器材的自主研發。
　　關鍵詞：運動生物力學  羽毛球  綜述  運動學  動力學
　　中圖分類號：G804                                   文獻標識碼：A                        文章編號：2095-2813（2019）03（a）-0017-03
　　Abstract： This paper briefly summarizes the progress of sports biomechanics in badminton. It reviews studies from two aspects， including research contents and research methods. First， it introduces the technical performance of badminton skills， the causative mechanisms of specific badminton injuries and the equipment used in playing badminton. Then， it thoroughly discusses the relatively advantage and shortages in different research methods that have used in the biomechanical aspects of badminton. This review evaluates these and attempts to provide direction for future research.
　　Key Words： Sports biomechanics; Badminton; review; Kinematics; Dynamics
　　羽毛球運動因其適合各個年齡層的人，并且不受性別、場地以及運動水平的限制而成為大眾喜愛的體育運動之一。在羽毛球運動中，一個相同的動作技巧可能有許多的方法可達到相同的動作目的。這些方法有些是靠著教練及選手在練習過程中不斷嘗試尋找到的，有些則是科學分析的結果。而對于羽毛球初學者來說，在未探尋到最適合自己的技術前，模仿優秀運動員的動作技術就成了最常見的做法。除了技術學習外，糾正錯誤動作也很重要，教練員常在肉眼觀察的基礎上結合自身經驗來尋找錯誤動作，指導運動員進行矯正，但是對于造成錯誤動作的原因往往難以確定。這時通常借助特定的儀器進行觀察，把肉眼無法觀察到的信息通過儀器進行詳細記錄并分析，這一由視覺觀察逐漸轉為量化分析的過程也正是運動生物力學的學科演變過程。
　　1  羽毛球運動生物力學研究內容
　　1.1 運動技術的力學原理與優化
　　針對羽毛球動作技術的上肢運動生物力學研究，主要探討了各環節間的運動順序、肌群的發力和各關節動作在揮拍擊球中對拍頭速度的貢獻率等。以殺球技術為例，上肢各運動環節由近端到遠端依次加速，最后通過手部的揮拍動作，使得球拍在擊球前獲得最大的運動速度[1]。此外在殺球準確性的研究上，遠端環節的肌群控制也很重要[2]。要想進一步提升羽毛球技術，除了準確的上肢擊球動作，還必須具備良好的步法。熟練的步法技巧可以幫助球員在最短的時間和最小的能耗下達到最佳擊球區，并幫助球員在擊球時保持身體平衡[3]。
　　1.2 運動損傷的成因與預防
　　球員在進行羽毛球運動時，持續地快速移動對肢體產生的局部負荷較大，反復積累下就可能造成慢性運動損傷[4-7]。在過去的研究中發現，羽毛球運動損傷與球員的年齡、性別、參與羽毛球運動的時間、技術水平、疲勞以及所穿鞋子有關[8-11]。Jorgensen，U.和Winge，S.（1990）[12]指出羽毛球項目的運動損傷58%發生在下肢，42%發生在上肢和背部。在步法的移動過程中，踝關節的內、外翻轉角度超出其正?；顒臃秶陀锌赡芤l運動損傷。在羽毛球運動上肢運動損傷的相關研究中，則主要針對腕關節、肩關節以及腰背部位的運動損傷機制以及預防措施進行了探討[13、14]。
　　1.3 運動器材的設計與改進
　　對于優秀運動員來說，除了自身扎實的運動技能以外，能幫助其增加運動表現的運動器材、設備也是不可或缺的。在羽毛球項目中，討論最多的就是羽毛球鞋和羽毛球拍的設計及改進。Wei等人（2009）[15]指出不同的足底區域應該設計不同的材質以分散壓力，并且在羽毛球鞋功能設計時要將跖趾關節的功能性考慮進去。相較于羽毛球鞋，羽毛球拍作為直接接觸羽毛球的器材，不僅會改變羽毛球的飛行路徑，也會影響擊球效果，在擊球過程中的動量傳遞上發揮了重要作用[16-19]。Kwan（2010）[18]將羽毛球拍的速度分為球員的揮拍速度和揮拍過程中球拍產生的彈性速度，其中球拍本身產生的彈性速度對球拍整體運動速度的貢獻率達到了4%～6%。 　　2  羽毛球運動生物力學研究方法
　　2.1 運動學測量與分析
　　早在1979年就有學者利用電影膠片對羽毛球的擊球動作進行了分析[20]，這一時期所使用的實驗設備較為簡單，無法獲得較為客觀、準確的數據。而后16mm攝影機的應用開啟了羽毛球二維的動作分析[21、22]，接著各種不同的二維、三維空間攝影法被陸續開發應用于羽毛球的動作技術分析，出現了一些比較成型的動作分析系統。這一分析方法的實驗儀器價格昂貴，對實驗場地的光線條件要求較高，受試者的活動范圍也有限。采用此類動作捕捉系統對手指等小關節部位進行測量時，反光球的粘貼難度較大，且在握拍時易造成反光球的遮擋，會造成較大的誤差。近年來，一些學者開始使用慣性動作捕捉系統進行動作捕捉與追蹤。相較于傳統的光學動作捕捉系統，慣性動作捕捉系統體積較小、便于攜帶且可用于實驗室以外的場所。慣性動作捕捉系統的出現，也為手指等小關節在運動參數的獲取上提供了一個新的思路。Alvin Jacob的研究團隊基于彎曲傳感器設計出一款數據手套，對羽毛球基本握拍姿勢進行識別分析，以期為羽毛球初學者提供正確握拍姿勢的參考[23-25]。
　　2.2 動力學測量與分析
　　羽毛球動力學研究中所需要的力學參數可以通過測量直接獲得，也可以借助不同的模型進行推算獲得。前者可借助傳感器等測量設備實現，后者則是在視頻（或者視頻和傳感器結合）的基礎上進行求解。三維測力臺是目前羽毛球運動生物力學研究中的常用設備之一，可以對地面反作用力的大小、方向以及作用時間進行測量，為動作技術的分析提供了有效的測試手段。但因三維測力臺的平面尺寸有限，對受試者的活動范圍造成較大限制，一些研究者開始利用測力板進行相關研究，而后又出現了足底壓力鞋墊[26]。這些測量方法的出現，使羽毛球運動生物力學研究在動力學的量化分析上更為精準、便捷。
　　2.3 生理學測量與分析
　　在生理學測量方面，有學者利用卡尺、帶尺、體重計等儀器對各環節圍度、體重、體脂等人體形態學參數進行測量，總結出優秀羽毛球運動員的身體形態特征，為羽毛球運動選材提供參考[27-29]。還有學者利用肌電儀對肌肉活動中的電信號變化過程進行測量。Tsai（2005）[30]就利用肌電圖發現正手殺球和吊球的肌肉活化順序高度相似，但殺球的肌肉活化程度明顯大于吊球。
　　3  研究展望
　　隨著參與羽毛球運動人數的增加，運動生物力學的研究領域也由傳統的競技運動延伸到健身運動中?？梢詮臉I余愛好者容易產生的錯誤動作以及運動傷害入手，找出有效的預防辦法并進行推廣。現今羽毛球動作技術的生物力學主要著重于肩、肘、腕、膝、踝等大關節的活動，在手指等小關節的精細動作鮮有研究。現代科學技術的進步增加了運動生物力學研究的廣度與深度，為研究更復雜的動作提供了更精準的計算機分析、更實時的信息反饋，可以在未來的研究工作中，著眼于小關節、小環節的精細動作研究。另一方面，生物力學研究的發展在一定程度上取決于測量手段的進步。因此，研發適合不同研究環境及條件的測量儀器，包括硬件及軟件，才能夠使學者根據實驗目的不同，自行修改軟件或硬件設施，使實驗過程能夠順利進行。
　　4  結語
　　綜上所述，目前在羽毛球動作技術的上肢生物力學研究中，已經詳盡地討論了各個環節的運動順序、不同肌群的發力時序以及各關節對拍頭速度的貢獻率等;針對下肢的生物力學研究往往與運動損傷和運動鞋研發結合起來，也取得了一定的進展。但是針對羽毛球業余愛好者在技術學習過程中可能出現的運動損傷討論不多，羽毛球專項的測量設備的研發上也尚有不足，現有設備對于手指等小關節的精細動作存在較大誤差，且對手指部位的精細動作關注度不高，這是在今后的研究工作中值得關注的。
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