商春松高低杠向后大回环团身后空翻两周转体360°下动作的运动学分析

钟 露



商春松高低杠向后大回环团身后空翻两周转体360°下动作的运动学分析

钟 露

安远县体育局，江西安远，342100。

高低杠向后大回环团身后空翻两周转体360°下在国际体操规则中属D组难度的下法动作。本文主要通过三维录像解析法对商春松向后大回环团身后空翻两周转体360°下动作进行运动学分析，揭示该动作的运动学特征及技术特点，为运动员和教练员提供理论依据和技术参数。结果表明，商春松较好的完成了向后大回环团身后空翻两周转体360°下动作，但落地时刻身体重心稍微靠后，所以商春松向后退了一小步。

商春松；高低杠；团身后空翻两周转体360°下；运动学分析

中国的高低杠项目多年来一直在国际体坛处于领先地位，并多次在世界体操大赛中获得优异的成绩。继何可欣之后，商春松是有实力争夺冠军的又一位选手。高低杠向后大回环团身后空翻两周转体360°下是国内外优秀运动员在高低杠比赛中使用频率较高的下法之一。由于这个下法动作使用的人较多，现在比的不是能否完成这个动作，而是完成这个动作的质量高不高，落地稳不稳。商春松在2013年第12届全运会高低杠决赛中使用该下法动作，获得了高低杠决赛冠军，完成这个动作的质量较高。所以本文主要通过三维录像解析法对商春松向后大回环团身后空翻两周转体360°下动作进行运动学分析，揭示该动作的运动学特征及技术特点，为运动员和教练员提供理论依据和技术参数。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

商春松，湖南人，1996年出生，身高1.4m，体重35kg（2013年全运会的身高与体重）。2010年加入国家队。2013年第12届全运会比赛中，获得了高低杠冠军和个人全能冠军。2014年全国体操锦标赛中，获得了高低杠亚军、自由操冠军和平衡木冠军。2015年体操世界杯巴西站比赛中，获得了高低杠冠军和平衡木冠军。

1.2 研究方法

三维录像解析法：在2013年第12届全运会赛场，对高低杠决赛进行三维录像拍摄。拍摄使用两台JVC GC-PX10AC摄像机（50帧/s），摄像机置于看台，从不同角度（两台摄像机主光轴夹角约60°）同步拍摄了商春松完成向后大回环团身后空翻两周转体360°下动作的整个过程。采用星高钛解析系统对拍摄的录像进行三维解析。人体模型选用日本的松井秀治人体模型（21个关节点，16个环节），因研究需要，解析时添加了高杠两端点及两端点的连线（两个测量点和一个环节），所得数据采用低通数字滤波法对原始数据进行平滑处理，截断频率为8Hz。

2 结果与分析讨论

为了便于分析向后大回环团身后空翻两周转体360°下动作，根据其动作特点，把该动作分成两个阶段：

（1）向后大回环阶段：由杠上手倒立静止时刻开始向后做大回环，至撒手时刻为止。

（2）团身后空翻两周转体360°下阶段：从撒手离杠时刻开始，完成团身后空翻两周转体360°至落地缓冲静止为止。

2.1 向后大回环阶段分析

根据向后大回环的动作特点，可以分为3个过程，即两周大回环加速过程、大回环继续下摆过程和大回环继续上摆过程。

2.1.1 两周大回环加速过程 运动员由杠上手倒立静止时刻开始向后做大回环，完成两周大回环至第3周大回环杠上手倒立时刻（即身体重心最高点时刻）为止，即大回环加速过程。此过程是为第3周大回环获得更大速度。

杠上手倒立静止时刻重心离杠轴的距离为0.84m，当第1周大回环结束，即第2周杠上手倒立时刻，重心合速度为0.85m/s。然后身体继续下摆做大回环，当第2周大回环结束，即第3周大回环杠上手倒立时刻，经过两周大回环加速后重心合速度为1.81m/s。

2.1.2 大回环继续下摆过程 运动员由第3周大回环杠上手倒立时刻开始向后下摆至杠下垂直时刻（即身体重心最低点时刻）为止的运动过程为大回环继续下摆过程，即身体重心最高点至最低点的运动过程。此过程是把人体势能转变为转动动能，从而获得空翻的能量。

第3周大回环杠上手倒立时刻开始，身体尽量远离杠轴（高杠两端点所在的轴），这样可以增加重力势能，从而获得更大的转动动能和运动速度，此时重心离杠轴的距离为0.86m，比杠上手倒立静止时刻高0.02m。当身体由手倒立开始下摆时，整个身体要伸直梗头向外顶，肩角充分顶开，伸直髋角，使身体获得更大的动量矩，从而加快人体绕杠轴的运动速度。当身体在杠后水平面时刻（即身体重心在杠水平面上时刻），此时左右肩角分别为168.6°和166.3°，左右髋角分别为164.6°和162.9°，重心合速度为4.17m/s，主要是向下的垂直速度起作用，为4.14m/s。当身体继续下摆，肩角和髋角明显增大，并向杠下垂直部位沉肩。当身体下摆到杠下垂直时刻（即身体重心最低点时刻），左右肩角分别增加到173.6°和173.0°，左右髋角增加到186.7°和187.7°，重心合速度增加到5.06m/s，身体重心最高点时刻到最低点时刻时间为0.90s。伸髋和沉肩的主要目的：（1）为了使杠子形变，在完成下阶段动作时可以充分利用杠的弹性势能；（2）为了拉长身体的胸腹部的肌肉，以便为大回环继续上摆过程创造有利的肌肉工作条件[1]。可见，商春松较好得完成此过程。

2.1.3 大回环继续上摆过程 运动员由杠下垂直时刻开始上摆至撒手时刻为止的运动过程为大回环继续上摆过程。此过程是为了减小翻转角速度的损失和增大脱手高度。

当身体过杠下垂直面（即高杠两端点的连线所在的平面并垂直于水平面）后，两腿要积极向前上方兜腿，创造有利的肌肉工作条件[1]。杠下垂直时刻左右脚尖合速度分别为13.01m/s和12.98m/s，上摆过程为了完成兜腿，两脚尖的运动速度明显增加，最大两脚尖合速度分别达到14.00m/s和13.97m/s。在兜腿的同时两腿并拢。此时肩关节一定要压住梗头，不要抬肩抬头，否则会影响向后上方的摆腿速度，这时肩的运动速度比较小。在兜腿的过程髋角和膝角明显减小，缩短了身体重心至杠轴的半径，减小了身体重心上升时角速度的损失。撒手时刻，商春松左右髋角分别减小到100.7°和99.7°，左右膝角分别减小到95.8°和95.0°。这是身体重心的合速度为3.80m/s，主要是向上的垂直速度起主要作用，为3.79m/s。当身体上升接近杠前水平面时立即撒手离杠撒手角度为70°，即重心至杠轴与杠下垂直面的夹角。完成任何高低杠的下法动作撒手时机和身体位置是十分重要的，要根据不同的动作和难度确定撒手的时机和身体位置[2]。商春松所做的下法是团身后空翻两周转体360°下，主要需要更高的腾空高度，所以撒手时重心尽量超过杠前水平部位。可是商春松撒手时重心接近杠前水平部位。撒手时刻的两脚尖合速度有所减小，左右脚尖分别减少到5.51m/s和5.50m/s。因为在离杠之前两脚有所制动。从杠下垂直时刻至离杠时刻，用了0.28s。可见，此过程商春松撒手过早，必然会影响腾空高度。但杠下垂直时刻至撒手时刻商春松的重心绕杠轴的平均翻转角速度约为4.36rad/s，比其他体操运动员要大很多。而且撒手时刻左右肩角分别为150.0°和123.2°，说明身体向左边转动，有利于团身后空翻两周转体360°的转体速度。

2.2 团身后空翻两周转体360°下阶段分析

根据该动作阶段特点，可以分为两个过程，即团身后空翻两周转体360°过程和落地缓冲过程。

2.2.1 团身后空翻两周转体360°过程 从撒手离杠时刻开始，完成团身后空翻两周转体360°至落地时刻为止，即团身后空翻两周转体360°过程。此过程人体进入腾空状态，主要受重力的影响。

两手撒手离杠后，商春松开始空翻转体。身体重心以抛物线轨迹向前上方运动，当身体重心到达最高点时刻，重心垂直速度为0m/s，此时身体重心与杠水平面的垂直距离为0.73m。然后在重力的作用下继续向下弧线运动。从撒手时刻至落地时刻，商春松所用的飞行时间为1.12s，落地时刻，两脚与杠的水平距离为1.41m。离杠后的腾空高度、落地远度和飞行时间是完成该动作的基本条件，腾空越高，落地越远，飞行时间越长，越有利于该动作的完成[3]。

团身后空翻两周转体360°动作技术是身体绕自身的纵轴转体同时绕横轴翻转[4]。通过反复观察录像及分析可以得出，商春松撒手之前身体有轻微的向左转体，为撒手后身体转体提供了一定的角速度。根据力学原理，腾空时人体的动量矩Iω是保持不变的，其总动量矩完全由腾空瞬间的初始条件决定。人体可以借助空中姿态的变化和环节的相对运动，实现人体转动速度的变化或动量矩在基本轴间的转移[5]。所以商春松腾空后，双手是交叠于胸前，半屈半伸髋关节与膝关节，通过适当减少转动惯量，以增大角速度，保证在有限的时间内完成该动作。重心最高点时刻，左右肩角分别为29.3°和27.2°，左右髋角分别为95.4°和96.3°，左右膝角分别为71.2°和72.2°。商春松在最高点时刻大约翻转了3/4，转体了180°。当身体完成3/2翻转，商春松转体完成。然后两腿尽量伸直，髋角与膝角逐渐增大，这一动作是为了增大转动惯量，从而减少转动的角速度，有利于提高落地稳定性。落地时刻，重心水平速度为0.18m/s，垂直速度为2.85m/s，左右髋角分别为141.2°和142.5°，左右膝角为170.2°和171.6°。所以落地时刻商春松的重心较高，会影响落地的稳定性。

2.2.2 落地缓冲过程 从落地时刻开始至落地缓冲静止为止，即落地缓冲过程，此过程是为了保持身体的平衡。落地后膝关节和踝关节立即做退让性的弯曲缓冲动作，加上垫子的缓冲可以减小地面对人体的冲击力。可是落地时刻商春松的髋角和膝角都较大，这不仅会影响落地稳定度，而且地面对人体的冲击力很大。且此时刻，商春松两脚并拢，导致支撑面积小，会影响落地稳定性。加上身体重心稍微靠后，所以商春松向后退了一小步。

3 结 论

通过对世界优秀运动员商春松高低杠向后大回环团身后空翻两周转体360°下动作的运动学参数分析，得出商春松的动作模型如下：

（1）向后大回环阶段：第3周大回环杠上手倒立时刻，经过两周大回环加速后重心合速度为1.81m/s，此时重心离杠轴的距离为0.86m，比杠上手倒立静止时刻高0.02m。当身体继续下摆，肩角和髋角明显增大，并向杠下垂直部位沉肩。当身体下摆到杠下垂直时刻，左右肩角分别增加到173.6°和173.0°，左右髋角增加到186.7°和187.7°，重心合速度增加到5.06m/s，身体重心最高点时刻到最低点时刻时间为0.90s。当身体过杠下垂直面后，两腿要积极向后上方兜腿，在上摆的过程中两脚尖的运动速度明显增加，最大左右脚尖合速度分别达到14.00m/s和13.97m/s。撒手时刻的两脚尖合速度有所减小，左右脚尖分别减少到5.51m/s和5.50m/s。因为在离杠之前两脚有所制动。杠下垂直时刻至撒手时刻商春松的重心绕杠轴的平均翻转角速度约为4.36rad/s。

（2）团身后空翻两周转体360°下阶段：当身体重心到达最高点时刻，重心垂直速度为0m/s，此时身体重心与杠水平面的垂直距离为0.73m，左右肩角分别为29.3°和27.2°，左右髋角分别为95.4°和96.3°，左右膝角分别为71.2°和72.2°。通过适当屈膝屈髋，减少转动惯量，以增大角速度，保证在有限的时间内完成该动作。从撒手时刻至落地时刻，所用的飞行时间为1.12s。商春松在最高点时刻大约翻转了3/4，转体了180°。当身体完成3/2翻转，商春松转体完成。落地时刻，两脚与杠的水平距离为1.41m，此时刻重心水平速度为0.18m/s，垂直速度为2.85m/s，左右髋角分别为141.2°和142.5°，左右膝角为170.2°和171.6°。所以落地时刻商春松的重心较高且靠后，会影响落地的稳定性。

商春松较好的完成了向后大回环团身后空翻两周转体360°下动作，但落地时刻身体重心稍微靠后，所以商春松向后退了一小步。但在以下方面还可完善：增加离杠时刻的重心高度，以便增加腾空高度，使腾空时间增加，为落地做好准备。落地时髋角和膝角适当减小，使重心不至于靠后，增强落地稳定性。

[1] 姚侠文，王 峥，王 嵘.肖钦滕海滨单杠并腿特卡切夫腾越运动学分析[J].北京体育大学学报，2010（02）：99~101.

[2] 徐元玉，王 健，姚侠文.王湉湉高低杠向后大回环团身后空翻2周转体360°下运动学分析[J].天津体育学院学报，2008（06）：545~548.

[3] 徐元玉，姚侠文，周 烈.林莉向后大回环直体后空翻2周下运动学研究[J].北京体育大学学报，2009（10）：132~134.

[4] 钱 飚.高低杠360°团身旋空翻下法的运动学分析[J].北京体育大学学报，1993（02）.

[5] 陆爱云.运动生物力学[M].北京：人民体育出版社，2010，6：88~89.

A Kinematics Analysis of Shang Chunsong ’s Landing from Uneven Bars after the Backward Giant Swing Tuck of 2-Circle Back Flip and a 360° Turn

ZHONG Lu

Sports Authority of Anyuan,Anyuan Jiangxi, 342100, China.

The movements named landing from Uneven Bars after the Backward Giant Swing Tuck of 2-Circle Back Flip and a 360° Turn belongs to group D dismount action in the rule of international gymnastics.Using 3D camera analytic method, this thesis reveals the kinematics rules and technical features of the landing from uneven bars after the backward giant swing tuck of 2-circle back flip and a 360°turn by Shang Chunsong, an outstanding gymnast in China, which provides gymnasts and coaches with certain theoretical basis and technical support for the further development and improvement in the related aspect. The results indicated that Shang Chunsong completed the movements, but the moment when Shang Chunsong landing on the ground, the body center of gravity toward the back side so Shang Chunsong landed a small step jump back .

Shang Chunsong; Uneven bars; Landing after the backward giant swing tuck of 2-circle back flip and a 360°turn; Kinematic analysis

1007―6891（2017）05―0068―03

10.13932/j.cnki.sctykx.2017.05.17

G832.5

A

2017-02-17

2017-03-28