乒乓球正手中远台拉冲技术的生物力学特征分析

蒋津君，姚家新，孟庆华

●专题研究 Special Lecture

乒乓球正手中远台拉冲技术的生物力学特征分析

蒋津君1，姚家新2，孟庆华3

同步运用Qualisys三维运动采集与分析系统、表面肌电测试系统、Kistler测力台对11名优秀男乒乓球运动员的正手中远台拉冲技术动作进行测试，对比分析所测相应指标后发现：挥拍击球时肩部的转动是先快速向上后快速向前，在触球时肩部的转动主要是向前为主，向上的转动速度已较低；球拍顶点向前的最大速度几乎出现在击球瞬间，而向上的最大速度则出现在触球稍后；腰部以下的髋、腿等部位主要起到调整击球空间位置、辅助起动、为腰部及以上部位的转动提供支撑反作用力等作用，转腰、挥大臂、收前臂才是有效提升挥拍速度的核心环节；挥拍至还原时身体随势成“抱团”趋势，以减小转动惯量使身体能快速还原；持拍手侧主要发力肌肉出现最大放电时刻的时序有一定规律性；大腿部肌肉出现最大放电最早，紧随其后腰腹部肌肉出现最大放电；胸大肌、肱二头肌、三角肌前束的最大放电时刻几乎相当，都在即将向前挥拍时刻附近；持拍手侧地面支反力向上最大值的出现时刻明显早于向前最大值的出现时刻。

乒乓球；正手中远台拉球；生物力学特征

从当前乒乓球比赛技战术的发展和运用趋势来看，随着反手台内“拧”技术的不断成熟，乒乓球比赛中接发球“拧”起来后基本就进入了上旋对恃的局面（尤其在男子比赛中体现得更为明显）[1]。而正手中远台的拉冲又是上旋对恃中最为重要的技术，由此，非常有必要对该项技术做深入的分析和研究。虽然前期不乏对乒乓球攻球技术的研究，但纯理论的研究居多，结合实验的研究相对较少，且前期的实验研究也因当时实验仪器的限制，做不到同步综合多项指标对乒乓球攻球技术的关键点进行全面地分析[2-9]。当前，三维红外运动捕捉系统、KISTLER三维测力系统以及Mega表面肌电（蓝牙）等的同步测量完全可以实现，不仅可以准确同步地反应出不同指标在不同击球时期的准确数据，也克服了前期肌电（有线）研究中测量设备对运动员做技术动作时的负面影响。由此，本研究利用当前的科技优势，结合多项同步测量指标对正手中远台拉冲这项主要攻球技术的关键点进行了研究。该项研究不仅有利于加强人们对正手拉冲技术的认识，提高该项技术训练的科学性，也能丰富乒乓球理论研究体系，还可为研究其它同类项目提供方法借鉴。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

测试者为11名获国家运动等级的乒乓球运动员，握拍法均为横握拍，正手均为反胶（见表1）。

表1 受试对象基本信息

1.2 试验方法

1.2.1 试验仪器简介及其定位与调试 运用瑞典产的Qualisys三维运动采集与分析系统（自带同步高速视频摄像机）、芬兰产的MEGA表面肌电测试系统（WBA、16通道、无线蓝牙）和瑞士产的Kistler测力台同步对受试对象的正手中远台拉冲（非侧弧圈）技术动作进行各项信息采集。测力台的规格为：0.4 m×0.6 m，两测力台平行平稳放置并固定，中间隔30 cm（经预测试后设定），即两块测力台中心相距70 cm，球台的端线垂直投影距测力台中心的距离为80 cm，a、b分别为左、右手持拍拉冲线路（见图1），采集频率为1 000 Hz；三维运动采集的频率为200 Hz（包括8台红外光点摄像和一台同步高速视频摄像），高速视频摄像机位于球台左侧上方C点位置，距运动中心约3 m左右，高度为2 m左右，以保证能抓拍到球与拍接触瞬间。表面肌电的测试频率为1 000 Hz，按照仪器及肌电测试的各项基本要求粘贴电极片（处理皮肤、粘贴位置）；以上3种测量设备通过专业人员进行调试实现内同步。

图1 测力台与球台相对位置注：因蓝牙肌电信号同步传输需有反应时间，试验中统一将其设定为650 ms，即肌电数据比三维摄像和测力台整体慢650 ms，在计算时已将其错开（不影响各项数据的同步分析）。

1.2.2 测量部位及指标的设定与定义 ①红外三维摄像标志点的位置及其标号见表2。各关节角度表达式为：肘关节角度：∠BCD、∠KLM；肩关节角度：∠CDE、∠KMN；髋关节角度：∠DEF、∠MNO；膝关节角度：∠EFG、∠NOP；背部角度：∠ISO；两肩连线与端线夹角角度：线HQ与线DM空间平移相交后的夹角∠DXH或∠MXQ，X为HQ和DM平移后的相交点。

②本研究肌电测试的主要目的在于探索正手中远台拉冲时主发肌力的发力顺序（主要为开始引拍至将球击出这一过程中），由此本研究只对持拍手侧的肌肉进行表面肌电分析，其包括持拍手侧的三角肌前束、三角肌中束、肱二头肌、桡侧腕伸肌群（桡侧腕长伸肌）、尺侧腕曲肌群（尺侧腕曲肌）、胸大肌中上部、腹外斜肌、股四头肌内侧、股二头肌外侧（长头）、腓肠肌（外侧）。

表2 三维摄像标志点编号及其标定位置

③三维测力台主要反映击球过程中不同阶段地面支反力在3个基本轴向上的分量值及其变化特征，每次测试在测试者站上测力台前先“归零”。

1.2.3 运动方式及具体测试要求 一般来讲，正手较大力量拉冲时，左脚站位会稍靠前（右手持拍者）[10]，由此本次测试要求受试者从正手位拉冲斜线（右手持拍如图1中的线b，左手持拍如线a），这样可以较好保证发力拉冲时双脚都可以在测力台范围内且并不影响击球时的动作结构。测量前先进行试练，让陪练者（发多球者）与受试者都有一个适应过程，同时也可避免受试者因顾虑脚下位置而使动作变形（另也提示受试者不要顾虑踩出测力台）。

测试时，运动员在测力台“归零”后，按要求站在测力台上（基本为测力台中心位置），陪练者连续发定点上旋球，受试者以较大力量连续进行中远台拉冲，保证测试中至少有3个连续完整动作后结束测试并保存数据，然后检查数据，确保各项数据（红外三维摄像、肌电、测力台）的有效性和完整性并准备下一组测试。

2 结果分析与讨论

2.1 动作阶段的划分与定义

连续的击球动作一般可划为引拍→挥拍击球→随挥→还原→引拍这4个时期的循环[4，8，10]，每一个时期与下一个时期的转换中都会有一个节点，这些节点在研究当中需界定清楚。

经过对实际所测数据和三维图像的分析，本研究把正手中远台拉冲技术动作的节点（时刻）定义如下：①引拍结束时刻：引拍至最左时刻（可通过红外三维线路确定）；②击球时刻：球撞拍的时刻（可通过高速视频摄像确定）；③随挥结束时刻：随挥至最左时刻（可通过红外三维线路确定）；④还原时刻：球拍还原至腹部高度时刻。虽然还原时刻在连续击球动作过程中并不能准确定位（每个人还原时刻球拍的位置也不相同），但这并不会影响到对技术动作的主体研究。另外，为了更细致地描述各项数据的变化特征，本研究加入了以下几个时刻：引拍最低时刻、地面支反力最大时刻，球拍最靠后时刻。具体见图2、3、4、5。图2、3、4、5是从同一个角度进行的三维截屏。在实际中每个时刻点的标定都是转动三维图像从正后方和正右方找准点后再移回至基本正右侧进行的截屏，这样有利于对比同一个击球动作在不同时刻球拍顶点的不同空间位置。以左测力台左后角为起点的三条箭头线为本研究中设定的立体空间基本轴及其正值方向，测力台中部长短和方向有变化的箭头线为测力台反映出的地面支反力的大小与方向。本研究的图片均通过Qualisys Track Manager动作捕捉软件获得。

图2 引拍最低

图3 地面支反力最大

图4 引拍至最左

图5 球拍最靠后

经对比三维摄像与三维测力台的数据结果显示（右手持拍为例）：所测11名受试者中3、6、7、8、9、10、11号的地面支反力最大时刻明显要早于引拍至最左时刻，而1、2、4、5号地面支反力最大时刻与引拍至最左时刻则相对较为接近；绝大多数（10名）受试者持拍手侧的地面支反力最大时刻出现在引拍最低时刻稍后。

为了更直观呈现引拍和随挥的线路，本研究分别从右侧后方和正前方对其进行了截图（见图6、图7）。由图6结合图2、3，可以看出正手中远台拉冲的引拍动作是先向“右后下”方，引拍至最低后，球拍的运动轨迹逐步转为向“左后上”；从图7中可看出随挥达最左后开始有还原趋势。

图6 后引至前挥线路

图7 随挥线路

2.2 正手中远台拉冲技术动作身体主要关节点（标志点）的运动学特征

从乒乓球运动的特征来看，身体动作的最终效果需要通过球拍传递到球上，也就是说身体动作的最终落脚点是在触球时的挥拍上。由此，球拍的速度特征必然是检验身体动作发力效果的核心的指标。除此之外，引拍结束和击球时的身体姿势必须要能保持较好的发力结构和支撑稳定性，否则不仅容易击球失误，也会使下一拍的还原效果较差。（实际比赛当中要想更好地保证击球动作的合理性则还需灵活的步法作为前提。）由此，本文将重点分析引拍结束时和击球瞬间的身体支撑结构以及引拍至击球这一过程中各重点环节的速度、角度、角速度的动态变化特征。

2.2.1 正手中远台拉冲技术动作各部位角度的变化特征分析

2.2.1.1 不同击球时刻各部位角度的“静态特征”数据对比分析 不同击球时刻身体各部位所构成的角度特征是反映身体支撑和发力结构特征的重要指标。本研究对11名受试者的正手中远台拉冲技术动作的部分相关数据进行了统计（见表4、表5）：Z1、Z2分别为引拍结束、击球时肘关节的角度；J1、J2分别为引拍结束、击球时肩关节的角度；K1、K2分别为引拍结束、击球时髋关节的角度；X1、X2分别为引拍结束、击球时膝关节的角度；B1、B2分别为引拍结束、击球时背部角度；JL1、JL2分别为引拍结束、击球时两肩连线与球台端线夹角的角度（两肩部标志点连线的转动角度、角速度可一定程度上反映出下肢和躯干的支撑结构和发力的效果和特征）。表4、表5中为受试者3个连续成功动作的数据，角度的单位为“°”，数值四舍五入取整数，“号/（身高）”为运动员的编号和身高。

结合表4、表5中的数据，可以做如下几个方面的分析：（1）击球时肘关节角度Z2普遍要小于引拍结束时的角度Z1，而髋关节的角度K2明显大于引拍结束时的角度K1，说明“收肘顶髋”是正手拉冲技术的重要环节。（2）肩关节的角度相对较为特殊，其在引拍时持拍手是后拉手臂，而在击球时是前送手臂，虽然其角度值变化不明显，但其是由“后夹角”变为“前夹角”，是挥大臂发力的关键环节，此时击球瞬间肩部的角速度则更能反映出大臂的挥动速度（在下文角速度的分析中将有论述）。（3）膝关节的角度变化随不同受试者而有所不同，部分受试者X2＜X1，也有部分受试者X2＞X1，整体来看，大多身高较高（≥180 cm）的受试者X2＜X1或X2≈X1。从击球时的整体结构来看，膝关节起到调整击球时身体重心位置的作用，其角度的增大虽然对于提高挥臂速度的直接作用相对较小，但膝关节在保持其角度时的支撑发力是对抗躯干和上肢转动反作用力的关键环节，相同角度下膝部的支撑力越大说明躯干和上肢相应的转动惯量越大。（4）背部角度在引拍结束时（B1）普遍比击球时（B2）的角度小，说明在击球过程中有明显的伸背动作。（5）肩连线角度在引拍结束时角度（JL1）比击球时的角度（JL2）平均小50°左右，其差异非常大，由此可以看出击球过程中肩部的转动（实质上是以转腰来带动）是非常重要的一个环节（另外，以腰部为轴心的转动可以带动离轴心较远的手腕产生较大的转动速度。当然，肩部的转动对提高挥拍速度的具体贡献率还需结合肩连线的转动角速度来分析）。（6）不同个体的3个连续击球动作之间，引拍结束时各关节的角度波动较小，而击球时身体会随来球的高低不同有所调整，使击球时各关节的角度有所波动。一般来讲，来球越高击球时膝关节和髋关节的角度越大，而当球离身体较远时肩关节角度会较大。

表4 受试者正手中远台拉冲技术动作各部位角度数据统计表

表5 受试者正手中远台拉冲技术动作各部位角度数据统计表

2.2.1.2 击球过程中各部位角度变化的“动态特征”分析 在击球过程中，身体的支撑及其发力结构的外显性特征主要体现在各关节的角度变化上。虽然11名受试者的肘、肩、髋、膝、背的角度因其身高和发力的大小[4]以及发力方式的不同，他们在引拍结束和击球时肘、肩、髋、膝、背等部位的角度值会有所差异，但其在各环节的动态变化趋势（定性）上却有诸多共同特征。

以图8为例进行说明，在引拍结束时刻至挥拍击球的过程中：（1）髋关节在引拍结束附近达最小值，在挥拍击球过程中髋关节角度的增大趋势明显，而大多受试者在此过程中膝关节的角度变化不明显，膝关节是在还原附近或还原稍后的重心调节时角度有一个明显的增大。（2）肩关节的角度在这一过程中的变化较为特殊（上文已作说明），是挥动大臂的重要环节，其在击球后的随挥过程中角度迅速增加。（3）肘关节在引拍结束时角度基本处于最大值附近，其在引拍至击球这一过程中角度逐渐减小，部分运动员（8号最明显，6、11号次之）在击球时刻稍前或击球时刻附近肘关节角度的减小有时会出现一个较明显的小波动。本研究认为，肘关节角度变化的这一波动与运动员击球时主要发力部位的不同有关系（部分球员以转身转肩挥大臂发力为主，也有部分球员以转身转肩发力起动，在最后击球前的加速挥拍过程中以前臂发力为主，后者的这一小的波动不明显）。（4）背部的角度在引拍结束时处于最小值附近，在向前挥拍击球时逐步增大，随挥结束附近达最大后开始逐步减小。（5）两肩连线与球台端线夹角在引拍结束时达最大角度，向前挥拍击球过程中角度迅速减小，在随挥结束稍前达最小角度。

图8 正手中远台拉冲持拍手侧肘、肩、髋、膝、背等部位的角度变化图

综合分析以上身体支撑结构及各部位角度动态变化可知：击球过程中主要是“顶髋”“伸背”“转肩”“挥大臂”“收肘”等各环节的协同发力，而从力的作用与反作用来看，以上这些环节所产生的反作用力都需要膝关节及其以下部位的“蹬地”发力作为支撑。

另外值得注意的是，受试者中8名身高在173～182 cm的运动员，无论他们在发力动作结构上的差异如何，其球拍顶点与持拍手肘关节标志点的连线在击球瞬间与台面几乎都是处于平行状态（从理论上来看，这样的身体支撑结构最有利于把前臂的发力挥动有效地作用到球上），而身高在191 cm的那名运动员在击球时球拍顶点的空间位置明显稍低于肘关节标志点。这是否可以说明，相对于固定高度的乒乓球台，身高过高或过低都会降低运动员技术结构的“相对合理性”？此问题有待后续进一步研究（当然，并不能因运动员的身高过高或过低就认定其不能达到较高的竞技水平，因为竞技能力非衡结构补偿效应[10-11]普遍存在）。

2.2.2 正手中远台拉冲技术动作主要部位标志点的速度变化特征分析 击球过程中身体各部位的运动速度是反映其空间位置移动特征最为直接的指标。就提高击球的速度和旋转来讲，身体各部位合理移动的最终目的都是为了提高击球时挥拍的速度及其身体支撑结构的稳定性。对于同一种回球方式而言，击球时挥拍速度越快则击球会越有“力量”，挥拍速度是体现击球“力量”最为直接的指标。

由图9中可以看出：球拍顶点与腕关节标志点在击球瞬间的速度在最大值附近（符合理论上最佳击球时刻的挥拍的要求）；肩关节点的第一个速度高峰出现在击球前（在a和b之间），击球时肩关节点的速度稍有所下降，在击球后又稍有上升，随挥结束时降至最低；肘关节标志点的最大速度出现在腕关节和球拍标志点稍后。本研究认为：在开始挥拍击球时各标志点开始加速，击球前肩部转动速度的适当降低会有利于击球时手臂的调整和找点（提高击球稳定性）。另外，在下文对角速度的研究中发现击球稍前肩关节前挥的角加速度突然增加会对肩部产生一定的反作用力，其也会使肩部的速度有所下降；肘部标志点的最大速度出现在击球稍后应该是由于在击球时有一个“顶肘”的动作。

球拍的挥动速度与挥动方向以及拍面的角度是决定击球效果的核心要素[12]。球拍挥动的方向与拍面的角度不仅决定了击球是撞击多还是摩擦多，还一定程度上决定了击出的球的初始运动方向。由此，本研究把球拍在3个基本轴向上的分速度进行了对比分析。（图9中的拍-右、拍-前、拍-上分别为球拍顶点在3个基本轴上的速度分量，右、前、上为“+”值。）

图9 肩、肘、腕、拍标志点合速度及拍标志点分速度变化特征图

由图9可以看出：正手中远台拉冲在引拍结束前球拍就已经开始有向上的挥动，而此时球拍向前的挥动是负值，直至引拍结束稍后球拍向前的挥动速度开始瞬间增大，并在击球时刻达最大值；而向上挥动的最大速度则出现在触球稍后（打住球后在快出球时加速摩擦[12]，符合前期研究“打摩结合”的理论）；在击球瞬间球拍左右方向的挥动速度（拉冲直线时）理论上应该几乎在“零”附近，但本研究的拉冲线路为正手位拉冲斜线，所以稍偏负值。

2.2.3 正手中远台拉冲技术动作各部位角速度变化特征分析 击球过程中身体各部位的角度变化主要反映身体在不同时刻的支撑结构及其结构的变化趋势特征，而击球动作作为一个类似“链状”的连动结构，各环节角速度的变化反映的则是不同时刻身体结构变化速度的快慢，其能较好地反映出各环节在不同时刻的贡献率，从而弥补单纯的角度和速度数据较难反映出的一些特征。如有些部位的移动速度虽然并不大，但其主动转动时能带动离“转轴”位置较远的部位有较大的速度，这时就需要用角速度的大小来体现出来。下面以11名受试者3个动作的平均数据（见表6）结合一名动作较好受试者的动态图（见图10）为例来进行说明。

表6中，Z、J、K、X分别为肘、肩、髋、膝等部位在击时的角速度，JL、KL分别为击球时肩连线、髋连线相对球台端线的转动角速度（m/s），V为球拍顶点的速度；带“下划线”的数为负值。

表6 受试者正手中远台拉冲技术动作击球时各环节角速度数据统计表

图10 持拍手侧肘、肩、髋、膝、背、肩连线的角速度变化特征图

结合图10和表6的整体数据，可以做如下几个方面的分析：（1）从击球时的身体支撑结构来看，击球时膝关节的角度处于较大状态（平均角度在130°附近），此时膝关节的角速度对其上面部位的支撑向上的移动的贡献会较小（相同角速度情况下，角度越小对推动顶点的移动贡献率会越大）。而实际当中膝关节的角速度相对其它部位又非常小（平均角速度值为20 rad/s），由此可以看出，击球时膝关节对于提升其它部位的移动速度的直接贡献较小。（2）击球时刻附近肩关节的角速度非常大，这说明击球时大臂的挥动速度较大，是提高挥拍速度的一个关键环节。（3）肘关节的最大角速度值并非在击球瞬间，有的出现在击球稍前，也有的出现在击球稍后。击球瞬间收前臂发力较多的受试者肘部角速度基本没有下降（在讨论角度变化的部分已对其作过解释）。从理论上来看，肘关节的最大角速度出现在击球时刻稍后会更有利于击球时顶住球。（4）髋、膝、肩连线的角速度在击球稍前出现峰值后开始有所下降，而肩关节的角速度峰值几乎都出现在击球稍后，说明在大多受试者引拍结束至挥拍击球这一过程中，“顶髋”“蹬膝”“转肩”等环节的发力在击球稍前时有一定程度“收力”（因躯干和下肢的发力最终都要通过肩部传递到手臂，所以“收力”的最终效果也必然会落脚在肩连线的角速度和肩部标志点的速度上），而挥大臂这一环节则一直持续发力直到击完球后才开始“收力”。（5）结合肩关节和肩连线的角速度变化特征（肩关节角加速度增大瞬间肩连线角速度明显有一个减小）可以看出，肩关节角速度的瞬间增加对肩部有一定的反作用力；另外，为了击球时手臂能较好进行调整和找点肩部的转动也会有一个小幅度的主动降速。（6）髋不只是单纯的由后向前移动，更主要的是转动。从运动解剖学角度来看，髋部的转动不仅可为肩部更好地转动提供支撑力，更主要的是其能为肩部的充分转动提供充足的空间移动位置，即可以使肩部“空间转动幅度”受到肩部以下身体结构的限制较少，使肩部的“空间转动幅度”能更大，能更充分的发挥腰部的力量。（7）结合动作过程中相应环节的角度和角速度特征来看，髋、膝、背主要做由下向上的支撑运动，击球时角度较大，且角速度在整个过程中都相对较小，而肩连线、肩、肘部主要为转动，且在击球前的向前向上的挥拍过程中角速度都达到较大值。由此可以看出，转肩、送大臂、收肘这3个环节对于提升挥拍速度的贡献率相对较大，其他环节主要是为这3个环节的充分发挥提供有利条件。

另外，因肘肩髋膝背等部位的角速度与肩连线的角速度有所不同，前者的角度主要是身体各自相邻部位关节点的连线所构成，而肩连线的角度是相对于静止的球台端线所构成，由此我们可以进一步研究它们相对于球台端线的向上和向前的角速度分量以更好地体现两肩连线的转动特征。具体的动态变化特征见图11（XZ为向上转动角速度；XY为向前转动角速度）。

图11 肩标志点连线在水平面和额状面上的分角速度变化特征图

从图11中可以看出：引拍至最低后肩部就已经开始有向上转动的趋势，挥拍击球时肩部的转动是先快速向上后快速向前，在触球时肩部转动主要是向前为主，向上的转动速度已较低。引拍结束时，持拍手侧沉肩幅度较大的受试者在击球前肩连线在额状面上的分角速度几乎不出现正值或正值较小。

虽然各受试者在不同环节的具体数据上有所差异，但整体上肩连线向前转动的最大角速度出现在向上转动的最大角速度之后是所有受试都的共同特征。肩连线的分角速度特征表明：挥拍击球过程中，肩部的转动先是以向上为主，而在接近击球时刻，肩部的转动变为以向前为主。

2.2.4 击球过程中各主要环节标志点的整体直观动态变化特征分析 从慢放中远台拉冲技术动作的三维摄像我们可以看出，还原和引拍过程中大臂与身体相对贴近，这样更有利于快速还原和引拍（躯干转动发力相同时，转动半径小则转动速度更快）；在准备挥臂击球时，持拍手侧的胸、肩、肘等部位因躯干的转动被一定程度的拉伸（因为向前蹬腿转腰动作先于挥臂），其不仅有利于发挥肌肉被拉长产生的弹性势能，也有利于使肌肉产生牵张反应从而产生更大收缩力量[13-14]。击球过程中，非持拍手的空间位置随着身体的转动和起伏不断进行微调，其在整个击球过程中主要起到调节身体重心的平衡以及利用其惯性使持拍手更有效发挥击球力量的作用[15-16]。

2.3 正手中远台拉冲技术动作的肌电特征

就乒乓球运动这一项目而言，对技术动作进行肌电方面的研究主要是为了较好地定位各项发力肌开始发力（放电开始有较明显的上升趋势）和最大发力（放电最大峰值）在击球动作中所处的准确时期，并对其发力顺序及其发力的持续时间进行对比分析，以更好地解释击球动作的发力特征。由此，本研究对于放电量大小的具体数值变化不进行统计，即只对开始放电、放电峰值等出现的相应时刻进行对比分析。另外，由于未经平滑处理的原始数据能更准确地反映出较大放电峰值的时刻，由此本研究对于开始放电及放电峰值时刻的定位是在Qualisys Track Manager系统自带的分析软件上通过放大时间值来对整个动作周期的放电特征进行对比的（半波），这样有利于更准确地定位各肌肉的开始放电（激活）时刻和瞬时峰值时刻。其具体方式如下：以三角肌前束与肱二头肌的放电对比为例，如图12、13为放大时间后肌电呈现出来的波动图，图14、15分别为图12、图13中相应时刻的身体空间位置图。

图12 三角前表面肌电图图

13肱二表面肌电图

图14 三角前激活时身体位置

图15 三角前放电最大时身体位置

图12为三角前引拍后开始放电和放电最大时刻，图13为三角前开始放电和放电最大时对应的肱二的放电状态，图14、15分别为三角前开始放电和放电最大时所对应的身体及拍头的空间位置和结构。对比图12、14、15可以看出：三角前在引拍至地面支反力最大时刻附近开始放电，在球拍引至最后将开始向前挥拍时放电最大；三角前的激活（放电有明显起伏）时刻要早于肱二，且三角前的最大放电时刻也要略早于肱二。研究中开始放电和放电峰值是通过放大反应值后逐帧进行对比得出，各主要发力肌肉开始放电和放电最大时刻以及其对应的身体和球拍的空间位置都是以此方式进行。由于挥拍击球时，持拍手侧的肌肉为主发力肌，由此本研究着重对持拍手侧主要发力肌肉的表面肌电（sEMG）特征进行分析。

2.3.1 持拍手侧主要发力肌肉放电基本特征概述（连续击球动作） 为了更好地归纳展示相关肌电数据，本研究首先对各主发力肌放电的基本特征进行描述，具体如下。

（1）股四内：稍引拍后就开始放电，绝大多受试者引拍将至最低稍后有一个放电峰值（给身体的下潜制动），在引拍至最左附近（稍前）再次出现一个较大放电时期，击球前已收电（脚下先发力，后续身体和手臂有一个牵张，所以脚下先发力后手臂还稍有“左后引”），这两个时期的峰值谁是最大也有所交替（第二次峰值为最大放电值稍多）。而股四内的最大放电值与地面支反力的最大值也并不完全一致（即有时会出现股四内的最大放电在第二次峰值时刻，而地面支反力最大却在第一次放电峰值时刻），可能是因为引拍至最左时膝关节的角度更小，在同等压力的情况下其需要更大的放电才能维持平衡。

（2）股二外：稍引拍后（将至膝盖高度）就开始放电，除1号外其他受试者开始放电时刻明显要晚于股四内（1号股四内和股二外开始放电时刻较为接近，即1号省去了稍制动后再引拍蹬地发力挥拍，而是制动与蹬腿发力几乎同时开始），引拍至地面支反力最大附近有一个较大放电时期，引拍至最左时再次出现一个较大放电时期（此时放电振幅最大），这个峰值的出现大多稍晚于股四内，击球前已收电；也有部分受试者股二外放电明显开始上升的时刻稍早于股四内。结合各受试者的三维摄像动作来分析：身体在引拍结束附近稍向前倾的受试者股二外放电上升时刻和最大放电时刻稍晚于股四内，而身体相对稍偏直立下蹲的受试者股二外放电上升时刻和最大放电时刻则与股四内相当或稍早于股四内。（可附加引拍结束时刻三维摄像图）

（3）腓肠肌：不同受试者之间腓肠肌放电的差异性较大，同一受试者的不同动作之间也有差异。击球过程中腓肠肌的放电有多次较大峰值，且最大峰值出现的时刻并不固定；部分受试者的最大放电时刻出现在引拍将至最低时刻，在即将向前挥拍时刻放电较小，而大多受试者则在即将向前挥拍时刻放电达最大。从整体上来看，腓肠肌在引拍至最低后有二、三次的峰值，多出现在引拍将至最左和将向前挥拍时刻附近（这两个峰值是最大峰值的时候较多），击球时刻附近大多受试者也有一个较明显的峰值。在随挥至还原的过程中，部分受试者还有不定次数的瞬时较大放电。

（4）腹外斜：整体过程主要有以下几次较大放电（峰值）：引拍至最低处附近出现一次较小峰值，引拍至最左后出现一次峰值（有时为最大峰值），击球附近出现一次峰值（有时为最大峰值），击球后的随挥中也出现一次峰值（不是最大峰值）。

（5）三角前：引拍至最低时开始有小幅放电，逐步增加至球拍引至最后附近达最大放电值，随后缓慢减小放电至击球后瞬间收电；开始还原时也有一小幅放电过程（缓降手臂），还原时刻附近收电。

（6）胸大肌：引拍至最低后开始有小幅放电，开始放电和最大放电时刻大多都稍晚于三角前。大多受试者在引拍结束附近有一次放电峰值，也有部分受试都这次峰值出现在引拍结束时刻与击球时刻中间；还有部分受试者出现两次峰值，一次出现在引引拍结束附近，一次出现在击球时刻附近。

（7）三角中：开始放电时刻与三角前相近（引拍结束时大臂离身体较远者三角中开始放电时刻早于三角前），但其放电值整体上上升较三角前慢，其在即将击球稍前达最大放电并保持放电至击球时（少数有稍抬大臂的动作的三角中达最大放电时刻与胸大肌相近），击球后迅速收电，在随挥将结束前后再次有小幅持续放电至即将还原（保持手臂缓降）；

（8）肱二：引拍至最低前就已开始小幅放电（缓降前臂），其开始放电时刻稍早于胸大肌和三角前，引拍至最左出现较大峰值，球拍至最后稍向前挥动时再次出现较大峰值（这一峰值为最大放电时刻居多），即将击球稍前又出现较大峰值（偶尔为最大放电），击球后迅速收电，至随挥将结束时开始较小持续放电至基本还原。

（9）桡侧腕伸肌：握拍较紧的受试者在整个动作过程中基本都有放电（引拍时伸腕较多的受试者更为明显），一次峰值出现在引拍结束附近或稍后（伸腕），另有一次峰值出现在击球稍前（展腕），这两次峰值哪次为最大放电值并不固定。

（10）尺侧腕屈肌：握拍较紧的受试者在整个动作过程中基本都持续中等强度放电，握拍较松者则在随挥结束开始还原时基本停止放电，持续至引拍最低后又开始小幅度放电；引拍结束后有开始增大放电，在开始向前挥拍附近放电最大（主要是用于抓拍上），在即将触球时再次出现一个峰值（收手腕），触球后放电逐步减小。

以上为综合所有测受试者的基本特征来进行的描述，对过于细节的或少数不规律的特征并没有讨论，其原因为：（1）并不一定每个动作都符合理论标准；（2）现实击球过程中的动作都会有细微的调整，从而使得极少数受试者在某些环节的测量指标有所波动。

2.3.2 持拍手侧主要发力肌肉出现最大放电时刻的时序特征（从开始引拍后计） 股四内出现最大放电时刻最早，股二外紧随其后，腹外斜随股二外后有一个较明显的峰值（在引拍至最左时刻附近），此峰值有时为最大放电（其因个人的发力习惯不同而有所差异）；胸大、肱二、三角前的最大放电时刻几乎相当，都在即将向前挥拍时刻附近，它们的最大放电时序随着动作的变化会有所交替，但都非常接近；三角肌中束的最大放电时刻大多晚于三角肌前束，但其又明显早于腹外斜的第二次峰值（此峰值有时为最大放电）；尺侧腕曲肌在胸大、肱二、三角前出现最大放电时刻附近出现一次峰值，在将击球前再次出现峰值，这二次峰值哪个是最大值会因人而异（前一次峰值是球拍瞬间开始向前加速时手指适度收缩用于稳定球拍，后一个峰值主要为击球前手腕快速收缩甩腕以更好地给球拍加速。理论上来看，在击球前的峰值为最大放电时刻更为合理）；腓肠肌最大值的出现并不稳定，因此未列入对比。

2.3.3 持拍手侧主要发力肌肉放电波动及放电持续时间特征 虽然各测量对象不同部位的皮脂厚度不同，且皮脂厚度对肌电信号的强弱有较大影响[8-9]，个体自身不同部位肌肉体积大小也有较大差异，其各部位的放电值大小并不能准确确定不同部位肌肉在整个击球动作中实际做功的大小，但各肌肉的放电动态特征图还是能在一定程度能反映出肌肉的激活顺序、放电持续时间及其自身瞬间相对功率等方面的差异，由此本研究对部分主发力肌肉的放电波动及其放电的持续时间数据进行了相应的处理并作分析。首先对肌电的原始数据进行全波整流（将负值转换为正值），然后使用OriginPro8.0软件对其进行了平滑处理。其结果如图12：纵坐标为平滑处理后各肌肉的放电值大小，横坐标为时间，a1、a2、a3为引拍结束时刻附近，b1、b2、b3为击球时刻附近，c1、c2、c3为随挥结束时刻附近，d1、d2、d3为还原时刻附近；截取的时间段均为1 500～5 000 ms。

图16 持拍手侧主发力肌的放电波动及其放电持续时间变化特征

以图16为例进行分析：三角前和肱二持续较大放电时间相对较短，放电和收电隔较明显，快放快收，其最大放电值时刻都出现在引拍结束时刻附近，是手臂快速挥出的关键环节；股四内、腓肠肌、三角中持续放电时间较长，但放电值相对三角前明显较小；尺侧屈由于手握球拍的原因几乎一直处于放电状态，在击球稍前放电达最大值后迅速减小；股二外放电时间较短且放电值较小，放电和收电间隔明显；腹外斜持续放电时间较长，其第二个峰值几乎出现在击球时刻；下肢肌开始发力和发力峰值的出现时刻整体上要早于上肢肌。

2.4 正手中远台拉冲技术动作地面支反力的主要特征

图17中a1、a2、a3分别为引拍结束时刻附近，b1、b2、b3分别击球时刻附近，c1、c2、c3分别为挥随结束时刻附近，d1、d2、d3分别为还原时刻附近。图17中各受试者图例的上半部分均为持拍手侧的脚下地面支反力FR（三者均为右手持拍），下半部分为非持拍手侧的脚下地面支反力FL。因左脚支反力向右的时候多，由此在数据的显示上多为负值（测力台数据采集时设计向左、向前、向上为正值）。

从图17中可以看出：稍开始引拍后（引至膝盖高度附近）右脚向上支反力有一个小波谷，其是通过减小支撑力来降低重心；右脚向上支反力和向左支反力的最大值出现时刻非常相近，而向前支反力最大值出现的时刻要明显晚于向上和向左，这说明中远台拉冲时右脚先向下方最大发力，稍起动后再向后最大发力，这也一定程度上吻合了股二外的最大放电时刻要稍晚于股四内的肌肉放电特征以及肩连线（转腰）先向上转后向前转特征。结合乒乓球正拉冲时的身体整体结构和下肢肌肉的发力收缩的特征与作用来看，下肢发力使地面支反力向前（使躯干向前运动）主要就是靠股二外的收缩，股二外的收缩（顶髋）效果必然从整体上影响到转腰转肩的效果，其是挥拍“向前”成分的关键环节。

图17 正手中远台拉冲地面支反力特征示意图

对比各受试者的地面与反力变化特征可以看出：右脚向左支反力（FR）在最大时刻时左脚向右的支反力（FL）较小；随后FR逐渐减小而FL逐渐增大，在击球时刻附近FR趋近最低时FL已达一个小峰值，FR持续在最低值附近至稍开始还原后才开始增加，在还原时刻附近达“次峰值”；而FL则在击球后开始逐步减小，至随挥结束时又开始增大，在将至还原时已达最大值。从整体上看，FR和FL之间的变化特征说明受试者在击球的过程中重心有左、右的移动。而在前、后的支反力上，从图17中的相关曲线可明显看出左、右脚前、后支反力的“相反”趋势，重心的前、后交换体现得非常明显。

3 结论

（1）正手中远台拉冲（右手持拍者）的引拍路线是先向右后下，在引拍至最低后，引拍的运动轨迹逐步转为向“左后上”；还原和引拍过程中大臂与身体相对贴近，有利于躯干的快速转动引拍和移动步法起动时身体的紧凑性；持拍手臂在向前挥动前，胸、肩、肘部有一个类似“超越器械”的牵张拉伸，有利于更好地发挥击球力量；非持拍手在击球过程中起到调节身体重心的平衡以及利用其惯性使持拍手更有效发挥击球力量的作用。

（2）在引拍结束时刻至挥拍击球的过程中：髋关节在引拍结束稍前已达最小角度，膝关节在引拍结束后达最小角度并在击球前角度开始增大；肘关节在这一过程中角度逐渐减小。

（3）正手中远台拉冲在引拍至最低后持拍手侧肩部已开始有向上转动的趋势，在引拍结束时肩部向上的转动角速度已开始趋向于最大值；挥拍击球时肩部的转动是先快速向上后快速向前，在触球前肩部转动主要是向前为主，向上的转动速度已较低；触球前肩部向前的转动速度有一个明显的小幅下降。

（4）正手中远台拉冲时球拍向前挥动的速度峰值最大，且向前的最大速度几乎出现在击球瞬间，而向上挥动的最大速度则出现在触球稍后。

（5）正手中远台拉冲持拍手侧主要发力肌肉出现最大放电时刻的时序特征：从整体来看，大腿部肌肉出现最大放电最早，紧随其后腰腹部肌肉出现最大放电；胸大、肱二、三角前的最大放电时刻几乎相当，都在即将向前挥拍时刻附近；三角肌中束的最大放电时刻要晚于三角肌前束；腹外斜与尺侧腕曲肌在胸大、肱二、三角前出现最大放电时刻附近出现一次峰值，在将击球前再次出现峰值；腓肠肌放电最大值的出现并不稳定。

（6）正手中远台拉冲持拍手侧地面向上支反力最大值的出现时刻明显早于向上支反力最大值的出现时刻，说明中远台拉冲时持拍手侧腿是先向下方最大发力，稍起动后再向后最大发力。

（7）腰部以下的髋、腿等部位主要起到调整击球空间位置、辅助起动、为腰部以上的转动提供支撑反作用力等作用，而能有效提升挥拍速度的核心环节在于转腰、挥大臂、收前臂；腰部较早发力转动用于起动，后续提高挥臂速度的主要发力环节是在三角肌中前束、肱二头肌、腕屈肌群和腕伸肌群，触球稍前腰部再次参与发力；各部位的整体协调使身体在引拍结束和击球时有较好的支撑发力结构，为手臂的充分挥动创造有利空间条件；随挥至还原时身体随势成“抱团”趋势，以减小转动惯量使身体能快速还原。

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Biomechanical Characteristics of Middle Court Forehand Loop Drive Technique

JIANG Jinjun，YAO Jiaxin，MENG Qinghua
（Tianjin University of Sport，Tianjin 300381，China）

Corresponding indicators of 11 excellent male table tennis players when they are stroking with technique of middle court forehand loop drive are tested by Qualisys three-dimensional motion capture and analysis systems，surface electromyography and Kistler force platform synchronizedly.After com⁃parative analysis，It is found that the shoulder was firstly rotated upwards fast and then forwards during the bat was hitting，and it was mainly rotated for⁃wards when touching balls while the speed is much lower upwards.The maximum speed nearly occurred in the moment of hitting when bat vertex moves forwards，while the maximum speed appeared after touching the ball when upwards.The main function of legs and other parts below the waist was to adjust the body’s space position，assist starting and provide reaction force for the rotation of the parts above waist when hit ball.The core link of increasing racket’s swing speed was turning waist，waving arm and contracting forearm.After the end of the swinging，the body should form a"round"trend to reduce the inertia of the body’s rotation and let the body can quickly restore.The time of the muscles’maximum discharge of thighs was the earliest and the external oblique in hot pursuit.The time of the muscles’maximum discharge of ectopectoralis，bicipital muscle of arm and deltoid are almost equal and all them ap⁃pears nearby the moment of waving the bat forward.There is a regular timing when the maximum discharge time appears in the main forcing muscle of the hitting arm side.The maximum discharge time of ground support reaction force upwards appears much earlier than that in forward direction.

table tennis;middle court forehand loop drive;biomechanical characteristics

G 846

A

1005-0000（2016）06-506-09

10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2016.06.009

2016-05-13；

2016-08-05；录用日期：2016-08-06

蒋津君（1979-），男，湖北黄冈人，副教授，在读博士研究生，研究方向为体育教育训练学（乒乓球教学与训练）。

1.天津体育学院体育教育训练三系，天津300381；2.天津体育学院竞技运动心理实验室，天津300381；3.天津体育学院体育文化传媒系，天津300381。