北京体育大学研究生院

1、北 京 体 育 大 学 硕士论文工作计划论文题目：网球发球动作肌肉动员比例与动力链关系的研究 学 号： 1004320080180 专 业： 运动人体科学 研究方向： 运动生理学 研 究 生： 徐龙雨 指导教师： 熊开宇 起止日期： 年 月 日论文题目：（限30字）网球发球动作肌肉动员比例与动力链关系的研究国内外研究现状与选题依据：（包括目的、意义）近几年我国女子竞技网球的整体水平有了显著提高,其中女双运动员取得了2004年的雅典奥运会金牌与2006年的两项“大满冠”赛事冠军,完成了中国女子竞技网球的历史性突破。女子单打方面也取得了骄人的成绩：李娜、郑洁分别闯入大满贯赛事女单八强和四强，彭帅在

2、WTA单打排名最高31位，以及2009年中国网球公开赛小将张帅战胜现世界排名第一的萨芬娜晋级16强等，极大的鼓舞和促进了中国网球事业的发展。但是,必须清醒认识到我国顶尖女子网球运动员与国际优秀女子网球运动员之间整体竞技水平仍存在很大差距。而发球是网球比赛进攻中的有利手段,高速、准确的发球是得分取胜,在气势上压倒对手的关键技术。它既是每一分的开始，也是向对方进攻的开始，同时还是双方进行攻防对抗的开始。有资料显示,我国运动员的发球时速远远低于世界优秀运动员水平, 准确性上也明显不如国外选手，发球是我国运动员的薄弱环节。改进发球技术,提高发球速度成为当前我国网球技术训练中的焦点问题。正因为发球在网球

3、比赛中所占有的重要地位，因此国内外网球专项训练和网球技术研究都重视发球技术的提高和新技术的研究。每位研究者对网球发球的认识都有自己的独特见解，反映了不同研究发球的着眼点。对发球动作方式的描述：常见的分类有两种。一种把发球的动作分成准备姿势和挥拍、挥拍触球、随挥动作三个部分，另一种把发球过程分为6个阶段，即准备站位、抛球、过渡、向后挥拍、向前挥拍击球和随挥1国外关于网球发球技术生物力学和肌电研究的历史及现状 国际网联发布的报告2中指出，通过生物力学分析，可以认为发球动作是一个协调链，阐述发球力量的来源并非依靠躯干和手臂产生的爆发力，而先进的发球的爆发力的主要来源于腿部动作中的膝部的屈伸，正是这一

4、动作产生的爆发力传递至整个链条系统。整个发球的发力过程为蹬腿一转髋一转体一手臂绕肩一肘部伸展一小臂外旋一转腕一随球动作和落地脚。通过这种发力顺序，使发球动作合理化，达到最佳的发球效果。Anderson（1979）3以及后来的研究者研究发现在击球过程中，上肢所获冲量有相当大的部分来自下肢蹬伸及躯体扭转.Feltner 、Dapena4和Fleisig5等人（1995）对发球中肘关节力学研究表明，更高的发球速度往往会在运动员肘部的内侧产生一个较高的（内翻）力矩（男子约80Nm，女子约60Nm）。快速发球时运动员产生的力矩大小与高水平的专业男性棒球投手相似。Kibler6,1995对发球中膝关节的运

5、动特征研究表明，屈膝幅度较小的运动员，会由于较小的腿部发力给肩和肘关节造成较大的力矩负荷，尤其是在上臂最大外旋时刻。因此，运动员应该在发球动作中发展高效的腿部发力来获得一个较高的速度和尽可能小的关节面负荷。有研究证实运动员小范围挥拍和完全的挥拍的发球速度以及在上肢产生的力矩相似。所记录到的肩关节的关节面作用力只有微小的差别。从腿部到手的协调动作并形成一条运动学链，这可以在任何击球动作中减少负荷。指出运动员应把下肢蹬伸发力作为完整发球动作的一部分。在身体加速阶段，击球臂的许多块肌肉都是非常活跃的，如：拇短屈肌、旋前圆肌、肱三头肌、冈上肌、冈下肌、前锯肌、三角肌前束、胸大肌和背阔肌。Buckley

6、和Kerwin的研究7 (1988)显示肱二头肌也是处于活跃状态的，不仅稳定肘关节，同时帮助防止关节过伸。上臂的内旋肌（如背阔肌、胸大肌和冈上肌）处于高度活跃状态，即上臂内旋对发球时球拍速度的获得起到了重要作用(Elliott等8, 1995）。在上臂(及球拍)加速的全程中，肩袖肌肉组织的作用集中在肱骨头，帮助产生最佳的肩关节功能。肩带稳定很重要，它使肩带与手臂一致协调地活动，这一点不可忽视。这维持了肩关节的大角度，减少了肩袖肌肉增大压缩的可能，也减少了肩袖肌肉的激活，将压力限定在肩关节的关节囊和韧带上(Kibler9, 2003) Chow和他的同事10 (2003)对在三种不同的网球发球(

7、平击球、上旋球和切削球)中，通过肌电对八块躯干、下肢肌肉的激发模式进行了测试(左右两侧的腹直肌、腹外斜肌、腹内斜肌和竖脊肌)。他们发现不同的发球类型，肌肉激活模式的差异不是很大；而腹直肌和腹外斜肌的激发模式与腹内斜肌和竖脊肌相比，两侧差异更加明显。在发球的某阶段中，可发现有腹/下背和两侧共同激活的现象。共同激发可能会对稳定脊柱有帮助。为了减缓比赛节奏，国际网联(ITF)批准试用一种新球Type 3，比原球大6%。针对有关大号球会导致疲劳性损伤的顾虑，Backwell和Knudson(2002) 11，进行了关于使用大球对发球技术和三头肌、胸大肌和前三角肌的活动的影响的测试。他们发现使用常规球和

8、使用大球时的肌肉激发模式并未有显著的不同.在分析发球时，一些研究者将准备动作（或者说向后引拍阶段）分为挥臂（wind-up）(从开始到抛球)和上摆（cocking）(从抛球到肩部最大外旋)阶段。一般的，在挥臂（wind-up）阶段，肩部和前臂肌肉活动程度较低。在上摆（cocking）阶段，处于中度或高度活动状态的肌肉包括拇短屈肌、旋前圆肌、肱三头肌、冈上肌、冈下肌、前锯肌和前三角肌(Ryu等, 1988 12； Van Gheluwe 和 Hebbelinck 1986 13). Morris14 等(1989)称，在引拍的后期，所有主要的腕伸肌和肱三头肌都是非常活跃的。Ellenbecker

9、和Roetert15研究发现，运动员可以通过提高发球手臂内旋肌群的力量，来发展快速发球技能。但是，内旋肌群和外旋肌群的力量比例超过1.5：1，会限制运动表现。另一方面，保持并提高肩袖肌群的力量以及肩胛骨的控制能力，会大大有益于运动员。国内关于网球技术生物力学和肌电研究的历史及现状 刘卉16借助于三维高速录像及直接线性变换（DLT）方法，获取了我国优秀青年女子网球选手发球动作过程中的运动学参数。揭示出网球发球属鞭打类动作的特征，并完整地论证和提出了网球发球的基本技术原理。金春林、曲峰17等人研究上下肢配合的运动特征。网球的发球动作属于鞭打类动作，所以合理的动作节奏应该是身体自下位关节至上位关节的

10、速度依次递增。各环节间速度的递增量越大，说明鞭打动作的动量传递效果越好。并提出了研究对象第一发球时身体主要环节的用力顺序为右膝一左膝一左髋一右髋一右肘一右腕。指出合理的技术是充分发挥躯干肌肉和下肢肌肉的爆发加速作用，不要过多的依靠上肢关节加速，这样才能使上肢肌肉留有较大的能力贮备，过分的强调通过上肢加速来增加球速将导致发球准确率下降。因此应加强下肢的蹬伸力量，并在发球时加强下肢的蹬伸作用，从技术上保证下肢和躯干肌肉合理的爆发加速功能，使整个鞭打动作更加合理，在保证发球准确性的前提下增大击球速度。汪志雷18等人对网球运动员发球动作的下肢关节做了生物力学研究，发现踝关节和膝关节快速蹬伸是超越器械的

11、开始，也是整个人体环节链系统鞭打动作的第一步，它的直接作用是使身体(躯干)向上加速，并对持拍臂及网拍形成“超越”。“超越”的重要作用是增大挥拍的“工作”距离。“超越”另一个重要作用是预先强烈地牵拉作后继动作的主动肌，使之积蓄强大的弹性能，提高肌肉的预张力。严波涛,吴延禧19等采用高速立体摄像(500格/秒)和现场调研等方法，对我国男、女网球选手的发球动作进行了分析。从生物力学角度对抛球、击球动作技术以及动作节奏问题的本质做了探讨。认为抛球高度落差过大是造成击球爆发用力动作不连贯的主要根源;提高发球速度重点是要发挥躯干力量,应采用螺旋式向上用力技术；上肢尽管对球拍有最后加速功能，但更重要的是控制

12、用力方向和球的落点；新、旧发球技术在用力节奏上有本质性区别，新的发球动作节奏更符合动作目的和人体运动原理。他们也针对我国运动员当前技术上存在的问题提出了训练建议。在严波涛的研究中认为在理想的动力链发力动作中，用力顺序靠前的动力链环节为时间顺序上靠后的一个动力链环节提供了加速度，形成肌肉动量由下至上的转移。在这短短的2到3秒中，肩部的动作贯穿始终，下肢和身体肌肉的运动是上肢发力的辅助，为肩部的发力提供了加速度。陈海春20通过桑普拉斯、麦肯罗与省市一线队员进行对比分析发现，在挥拍击球时刻应使各关节运动中产生的速度最大限度地在击球时传递到肢体末端, 也即动量从肘向腕、手和球拍传递, 动作迅速, 有效

13、地利用全身爆发力, 提高击球速度, 从而加快了球速,使动作具有突变性, 增强了动作效益, 有很好的实效性应由前期已被拉长的同侧腹内斜肌和对侧腹外斜肌在下支撑情况下快速地向心收缩, 并带动上肢做鞭打动作, 其时, 上肢的肩、肘、腕、手各环节的击球动作的主动肌应是依次先紧张、后放松、再固定。陈万军,郭开强21等人通过研究国际优秀男子选手指出国际优秀选手抛球技术动作连贯、稳定、位置准确、抛球落差小、抛球臂肌肉感觉精细,向后、向前挥拍时间短,充分合理地运用了躯干侧弓、背弓、下肢肌群转动用力及上肢挥臂旋内动作,使发球动作过程,肌肉工作群协调有力,从而形成了发球技术层、战术层、心理层、体能层彼此协调的最优

14、化,获得了发球动作时间短、速度快、力量大、落点刁的最佳效果。根据动作结构，参与动作的主要肌肉有，上肢肌：肱二头肌、三角肌、肱桡肌；躯干肌：斜方肌、背阔肌、胸大肌、腹直肌、腹外斜肌；下肢肌：股直肌、胫骨前肌、腓肠肌。根据网球运动的技术特点，那些对于网球专项运动起主要作用的肌肉对动作的效果有关键性的作用。根据肌电记录每块肌肉肌电活动开始和结束的时间，可以确定发球时主要用力肌肉的发力顺序。在发球过程中，肌肉按照肌电活动开始排列的顺序为：三角肌、斜方肌、肱桡肌、肱二头肌、胫骨前肌、股直肌、腓肠肌、腹外斜肌、胸大肌、腹直肌、背阔肌。由于不同运动员他们各肌肉发挥的力量大小不同，就导致了动作的不同效果和不同

15、技术风格的形成。魏欣22通过对网球运动员核心区肌肉力量的研究指出，通过全身不同部位和环节力量的衔接、传递和整合提高力量的效率。在一些肌肉近端固定末端发力的运动中，如田径的标枪、网球的挥拍和排球的扣球等被称为鞭打的动作，都需要核心力量的参与，它可以将下肢和躯干的力量快速准确的传递到上肢，集结全身的力量于鞭打动作。根据申淳23的研究，表面肌电测试可以应用于网球运动动作过程的合理性判断分析，并且可以尝试在实验条件许可下继续应用于更细微的动作技术诊断与分析。肌肉活动情况可从某一方面反映肌肉用力情况，肌电活动顺序反映了肌肉活动顺序。运动生物力学中“大关节首先产生活动原理”，即当需要克服大阻力，或需要表现

16、出大的运动速度时，运动链中各关节的肌肉虽然同时用力，但其中大关节总是首先产生活动，并根据关节的大小，表现出一定的先后顺序。肌肉用力收缩的顺序是由近端向远端依次开始收缩的。网球的发球动作属于爆发用力，基本符合大肌肉群优先的原则。斜方肌和三角肌所属的肩关节首先产生活动。各块肌肉所表现出的时间先后顺序可以反映人体环节在击球动作过程中的用力顺序。肌肉按照肌电活动开始与结束的排列顺序表明，在发球过程中三角肌和斜方肌最先参与肌肉发力，而且持续时间较其他的肌肉都长，并且贡献的力量非常大，是发球过程中的主要用力肌肉。通过肌电的研究表明，斜方肌和三角肌为发球动作的主要发力肌肉，网球发球动作属于爆发用力，这基本符

17、合大肌肉群优先的原则。 即在拉长相关用力肌肉的条件下,首先是下肢、躯干等肌肉的加速用力,然后是上肢各个关节小肌肉群的加速用力,即下肢蹬伸躯干前屈侧转伸肩伸肘前臂内旋上臂转动和手腕屈。他提出要根据运动员的个体差异采取有针对性的训练。郭全清24对网球发球动作的肌电分析发现，三角肌和斜方肌最先参与肌肉发力，而且持续时间均较其它肌肉都长，并且贡献的力量非常大，同时也是发球动作过程中的主要用力肌肉。当前网球动作研究中的问题与不足国内外研究网球发球动作的研究中，肌电多用于从解剖学角度分析运动各环节中肌肉块或肌肉群的用力变化情况，生物力学三维分析多用于对发球鞭打动作的研究或是对身体局部关节的运动学研究。将运

18、动生理学肌电技术与生物力学共同研究网球发球动作的研究报道不多，仅有的研究多局限于肩、肘、膝关节的损伤或运动学研究当中。发球动作的优劣，最终的落脚点应该是发球速度。这些研究未能将网球发球动作中各环节的运动情况与发球速度、肌肉用力顺序和肌肉用力情况与发球动作的质量联系起来，制约了结果的应用价值。科学研究意义体育运动中，鞭打动作可以分为上肢的鞭打动作、下肢的鞭打动作和全身的鞭打动作，而网球的发球动作则是典型的上肢鞭打动作。但是在网球发球过程中，挥拍臂(上肢)的鞭打动作只是整个动作过程中非常重要的一部分，实际上下肢蹬地、身体转体的作用也显得同样重要，所以要特别强调发球时的上下肢配合以及合理的动作节奏。

19、根据动作结构原理，任何复杂技术动作都是由一系列不同的简单动作组合而成。为了明确解释不同时相动作特征和技术要求，便于运动员和教练员理解发球过程中各个动作功能的相对独立性和动作之间的递进规律，强调各动作阶段的技术要点和技术原理，于是我们将身体比作一个动力链。动力链的传力过程是身体各部分(腿、躯干、肩、手臂和手)的协调作用，开始于地面对脚的反作用力，结束于快速挥拍击球的动作过程。也就是说，通过身体各环节按照有序工作，将其运动的能量叠加，以达到提高运动员击球时的速度之目的。人体在结构上是由关节将身体各环节相连，因此在对人体运动进行研究时可将人体简化为动力链。在发球动作中，若使动力链末端产生极大的速度和

20、力量时，肢体的运动形式表现为由近端环节到远端环节依次加速与制动，各环节的速度也表现为由近端到远端的依次增加，最终形成鞭打动作。在网球项目的运动训练过程中，网球运动员做每一个击球动作时肌肉力量大小和发力顺序以及相应的关节速度如何能提高发球速度，如何能更有效有针对性地发展这些主要用力的肌肉？如何避免发球过程中关节、肌肉损伤？如何能协调全身各关节、肌肉的运动情况最终提高发球质量都是广大教练员、运动员所迫切关注的，并且都是需要了解和掌握的。通过高速摄像三维分析以及肌电手段研究网球发球动作不同时相中动力链和其相应肌肉工作负荷做功状态，即动力链中各关节运动速度、时间，各关节分布肌肉的发力时序、持续时间、贡

21、献率，以及各关节运动速度、肌肉用力情况对最终球速的影响(贡献率)等，为教练员、运动员改进发球技术动作、提高发球速度、有针对性的进行发球专项体能训练、避免运动损伤提供科学依据。参考文献1 陶志翔，祁兵，胡亚斌. 对网球发球体系的探究J.北京体育大学学报, 2OO4年12月,第27卷,第12期.2 Bruce Elliott, Machar Reid and Miguel Crespo. ITF Biomechanics of Advanced Tennis.The international Tennis Federation, ITF Ltd,2003.3 Anderson, M.B. (19

22、79). Comparison of muscle patterning in the overarm throw and tennis serve. Research Quarterly for Exercise and Sport, 50, 541-553.4 Feltner, M., and Dapena, J.(1986)Dynamics of the shoulder and elbow joints of the throwing arm during a baseball pitch.International Journal of Sport Biomechanics,2,23

23、5-259.5 Fleisig ,G.S. , Andrews, J.R. ,Dillman, C.J. and Escamilla, R.F.(1995)Kinetics of baseball pitching with implications about injury mechanisms.The American Journal of Sports medicine,23,2,233-239.6 Kibler, B.(1995) Biomechanical analysis of the shoulder during tennis activities. Clinics in Sp

24、orts Medicine.14,79-85.7 Buckley, J.P., Kerwin, D.G. (1988) The role of the biceps and triceps brachii during tennis serving. En Biomechanics IX (Editadopor) (Champaign Ill.: Human Kinetics) 1021-1629.8 Elliott, B., Christmass, M. (1995). A comparison of the high and low backspin backhand in tennis

25、using different grips. Journal of Sports Sciences, 13, 141-151.9 Kibler, W.B.(2003)Scapular dyskinesis and its relation to shoulder pain.Journal of American Academy of Orthopedic Surgeons,11,142-152.10 Chow,J.W., Shim, J.H., and Lim,Y.T. Lower trunk muscle activity during the tennis serve. Journal o

26、f Science and Medicine in Sport.11 Blackwell, J.B., and Knudson, D.(2002)Effect of type3 tennis ball on serve performance and upper extremity muscle activity .Sport Biomechanics,1,187-191.12 Rye, R.K.N. ,McCormick, J.,Jobe, F.W., Moynes, D.R., and Antonelli, D.J.(1988) An electromyographic analysis

27、of shoulder function in tennis players. American Journal of Sports Medicine,16,418-485.13 Van Gheluwe, B., Hebbelinck, M. (1986). Muscle actions and ground reaction forces in tennis. International Journal of Sport Biomechanics, 2, 88-99.14 Morris,M.,Jobe,F.,Perry,J.,and Healy,B.(1989)Electromyograpp

28、hic analysis of elbow function in tennis players.American Journal of Sports Medicine,17,241-247.15 Roetert, E.P, and Ellenbecker, T.S.(2002a)Strength training, flexibility training and physical conditioning. In P.Renstron(Ed).Handbook of Sport Medicine and Science,124-138.16 刘卉.网球大力发球技术的运动生物力学原理J.北京

29、体育大学学报 2000年6月第23卷第2期.17 金春林、曲峰.柏衍网球发球技术的生物力学分析北京体育大学学报J.2OO8年2月 第3l卷 第2期.18 汪志雷.网球发球下肢动作的运动学分析J.宁波工程学院学报 第2l卷第3期 2009年9月.19 严波涛,吴延禧.网球发球技术的生物力学分析J.体育科学 2000年7月第20 卷 第4期20 陈海春.网球发球动作的生物力学与解剖学分析J.福建体育科技 1998年10月 第17卷 第五期21 陈万军,郭开强.优秀网球运动员发球技术特征分析J.湖北体育科技 2006 年9 月 第25 卷第5 期.22 魏欣.网球运动员核心力量训练的实验性研究.23

30、申淳.网球运动发球动作过程中肌肉电生理变化J.中国组织工程研究与临床康复 第12 卷 第28 期.24 郭全清.青年男子网球运动员主要动作的肌电分析与应用.研究对象与研究方法：实验对象：国家网球一线女队员（3-5人）和优秀网球运动员（5-8人）。研究方法： 1 文献资料法通过中国期刊网查阅有关赛前训练方面的期刊、资料、书籍，主要文献资料有：体育学术期刊上发表的有关论文；体育报刊上发表的相关文章；互联网(www. google. com) 上检索到的相关新闻报道等。2 调查法根据研究任务及内容要求,本研究主要运用的调查法有专家访谈、座谈等方法。对优秀运动员的教练员、网球管理中心的主管领导进行访谈

31、调查。3 数理统计法使用北京体育大学视讯分析系统对三维数据进行解析，使用MegaWin软件对肌电信号进行处理。将得出的数据应用SPSS11.5统计软件进行数据处理和分析。4.实验法肌电测试及解析：测试肌肉选取:右侧持拍手运动员：1.右腕关节屈肌群，2.右手伸肌群，3.右肱桡肌，4.右肱二头肌，5.右肱三头肌，6.右三角肌前部，7.右胸大肌，8.右背阔肌，9.左腹直肌，10.左腹外斜肌，11.右腹直肌，12.右腹外斜肌，13.左臀大肌，14.左阔筋膜张肌，15.左股直肌，16.左股二头肌左侧持拍手运动员：1.左腕关节屈肌群，2.左手伸肌群，3.左肱桡肌，4.左肱二头肌，5.左肱三头肌，6.左三角

32、肌前部，7.左胸大肌，8.左背阔肌，9.左腹直肌，10.左腹斜肌，11右腹直肌，12.右腹外斜肌，13.右臀大肌，14.右阔筋膜张肌，15.右股直肌，16.右股二头肌 数据收集：采用芬兰产Me-6000型16导肌电测试仪进行数据采集。采集频率为1000Hz，并将采集的肌电信号与视频信号进行同步记录。采集运动员5次大力发球并成功的数据。 数据处理：采用Me-6000型16导肌电测试仪配套软件Mega-Win进行数据处理与分析。三维高速摄像及解析：数据收集：拍摄期间，天气晴朗，能见度良好。用MVC高速摄像机以每秒200帧，快门速度1/500sec拍摄每一次击球。两台摄像机放在同一水平面内，主光轴夹角为90度，主光轴距地面高度1.5m。采集运动员5次大力发球并成功的数据。数据处理：用北京体育大学视讯系统进行数据处理。采用DLT法对拍摄录相进行数字化处理和三维空间坐标转换。按照日本松井秀治三维定点人体模型，对全身21个标志点另外还有拍头、网球（作为机械点）进行数据采集。所获得的有关数据运用低通滤波法（频率为8赫兹）进行平滑，以减小可能发生的误差。数据经过Q-tools软件和Spss软件进行数据统计分析，计算出各关节以及人体重心的运动速度、运动时间等参数。运动轴设定: 把与网球场底线方向平行的方向设定为X轴，平行于边线的方向设定为Y轴，垂直于此