乒乓球击球时步法动力学特性比较:跨步和追逐步

摘要

本研究提出了一种研究乒乓球击球过程中跨步步和斜步之间地面反作用力特征的方案。

摘要

交叉步和追逐步是乒乓球的基本步骤。本研究提出了一种研究乒乓球击球过程中跨步步和斜步之间地面反作用力特征的方案。16名健康男性国家一级乒乓球运动员（年龄:20.75±2.06岁）在了解实验的目的和细节后自愿参加实验。所有参与者都被要求分别通过交叉步和追逐步将球击入目标区域。通过力平台测量参与者前后，内侧和垂直方向的地面反作用力。本研究的主要发现是:跨步步法的后地面反作用力（0.89±0.21）明显大于步步步法（0.82±0.18）。然而，交叉步法步法的横向地面反作用力（-0.38±0.21）明显低于镂步步（-0.46±0.29）（P < <0.001），跨步步步法的垂直地面反作用力（1.73 ±0.19）明显低于镌步法（1.9 ±0.33）。基于动能链的机理，滑行程更好的下肢动态性能可能有利于能量传递，从而为回转速度带来增益。初学者应该从追逐步骤开始，在技术上击球，然后练习跨步技巧。

引言

乒乓球在运动训练和比赛实践中不断发展已有100多年的^历史。随着经济全球化和文化交流，乒乓球在各国发展迅速^2、3。例如，在克罗地亚，乒乓球不仅在俱乐部进行，而且在大学，学校甚至宿舍⁴中进行。对于运动员来说，建立运动分析对训练和比赛有帮助⁵.在乒乓球比赛中，球员需要良好的策略来尝试赢得比赛^6。此外，步法是乒乓球中必须掌握的技能，也是乒乓球训练的基础和关键点之一。追逐步和交叉步是乒乓球^{的基本步骤7。}每一项运动技能都有一个基本的机械结构。生物力学的研究对乒乓球技能的进步和发展具有很高的兴趣。在训练和比赛中，乒乓球运动员通过他们的步骤⁷找到准确的位置。因此，有必要学习乒乓球的步骤。

来自不同地区的乒乓球运动员的步数存在差异，亚洲选手在训练和比赛中比欧洲选手更频繁地使用步数⁸。在比赛期间，一名高水平的乒乓球运动员将在更短的时间内以更稳定的步数击球，并有足够的时间击中下一个球^9。在乒乓球中，由于跨步击球动作，在大多数情况下，扑救球是一种技术动作，导致无法高质量地完成击球动作。相反，与跨步击球不同，击球是一种常见的技术动作，因此运动员可以通过练习更好地掌握击球技术动作，从而保证自己的击球质量。追逐步骤是指驱动腿（右腿）向右侧移动（朝向球），然后左腿跟随移动。交叉步是当驱动腿（右腿）向右侧（朝向球）移动距离较大，而左腿不移动时。

通过以前的研究，下肢肌肉在乒乓球表现中起着重要作用¹⁰.乒乓球与网球动作有相似之处。不同发球技能水平的网球运动员下肢的驾驶稳定性存在差异¹¹.乒乓球涉及膝关节屈曲和躯干¹²的不对称扭转。为了提高乒乓球运动员的技能，应注意骨盆的旋转^13。在玩正手循环时，优秀的乒乓球运动员具有更好的鞋底控制能力¹⁴.高水平乒乓球运动员可以较好地控制足底压力偏差，增加内外压力偏差，减少前背压力偏差^15.与直射相比，对角线射门在摆动¹⁶期间具有更大的膝盖伸展。乒乓球服务技术多种多样，具有复杂的生物力学特点。与站立式发球相比，蹲式发球需要更高的下肢驱动力^17。与初学者相比，精英运动员在跨步练习中步幅更灵活⁷.

鉴于上述情况，随着科学的不断进步和乒乓球技能的不断发展，越来越多的运动员和研究人员加入了乒乓球，这需要高质量的生物力学研究来支持这项运动。然而，由于乒乓球的复杂性，研究人员很难测量生物力学¹。关于乒乓球下肢生物力学的研究很少。本研究的目的是测量精英大学乒乓球运动员在球拍引线的运动和摇摆中在追逐步和交叉步中的地面反作用力。比较了两个步骤的地面反作用力数据。本研究的第一个假设是，沙塞步和跨步具有不同的地面反作用力特性。利用追逐步和跨步法的地面反作用力，获取两种步数的动力学数据，为乒乓球运动员提供指导和建议。

研究方案

本研究获中国宁波大学人类伦理委员会批准。在被告知乒乓球实验的目标，细节，要求和实验程序后，从所有受试者那里获得书面知情同意。

1. 乒乓球实验室准备

1. 将 USB 加密狗插入电脑的并行端口，然后打开运动捕捉红外摄像机和模数转换器。
   注:在该实验室中，力平台（采样频率为1000 Hz）与运动采集系统一起使用，并通过同一系统显示力平台收集的数据并进行初步分析。力平台的默认采样频率为 1000 Hz。
2. 双击桌面上的软件图标以打开跟踪软件。
   注:在打开软件之前，请清除实验环境中的所有障碍物并清洁地面。
3. 如果硬件连接为真，则每个相机节点都将显示绿灯。当所有相机的指示灯均为绿色时，在 本地系统中选择八个相机。
4. 单击"透视"窗口中的" 相机 "，然后将"频闪强度"调整为 0.95-1、"增益"为 1 （x1）、"阈值"调整为 0.2-0.4、"最小圆度比"调整为 0.5、"灰度模式"调整为"自动"，以及"最大 Blob 高度"调整为 50。
5. 将T校正架放在拍摄区域的中心，然后在系统中选择八个摄像头。使用 2D 模型，确认相机可以辨别 T 校正，并且没有噪点。
   1. 将 T 校正架放置在相机区域的中心。单击"系统准备"，"L - 帧"下拉列表，然后选择"5 Marker Wand & L - Frame"。然后，单击"AimMX相机"选项下的"开始"按钮。
6. 选择"系统准备"按钮，然后单击"工具"窗格中"校准 MX 相机"部分中"开始"按钮。然后，在捕获范围内挥舞T形魔杖。当红外摄像机上的蓝光停止闪烁时，停止操作。
   1. 观察进度条，直到校准过程以 100% 的速度完成并返回到 0%。同时，观察图像的误差。当图像的误差小于0.3时，请继续以下操作。
7. 将T形校正框放置在移动区域的中心，以确保轴方向与力平台的边界方向一致。
8. 选择"工具"窗格中"设置卷源"部分下的"开始"按钮。

2. 参与者的准备工作

注:16名健康男性国家1级乒乓球运动员自愿参加实验（年龄:20.75±2.06岁;高度: 173.25 ± 6.65 厘米;重量: 66.50 ± 14.27 千克;培训年:12.50±2.08年）。他们都属于宁波大学乒乓球队。在实验正式开始之前，再次向参与者简要解释了实验的细节和过程，并获得了符合实验条件的参与者的书面知情同意书。

1. 选择右撇子，右腿占主导地位，身体健康，在过去6个月内没有任何形式的下肢疾病或伤害的参与者。该实验共包括16名符合实验条件的男性参与者。参与者的人口统计信息如 表1所示。
   注意:由于左撇子球拍用户很少，因此更容易找到足够的右撇子球拍用户来参与此实验。
2. 要求所有参与者填写与健身相关的问卷。
   注意:问题包括:您有过乒乓球比赛的历史吗？你一周内多久参加一次乒乓球训练？在过去的6个月里，您是否遭受过任何下肢疾病和伤害？
3. 确保所有参与者都穿着专业的乒乓球比赛鞋以及相同的T恤和紧身裤。让所有参与者使用相同的专业乒乓球拍。
4. 给每个参与者5分钟以适应实验环境，15分钟在专业跑步机上轻轻跑步和伸展运动。由于实验时间短，在正式实验期间限制受试者进食和饮水，以保持稳定状态。
   注意:参与者首先在实验室的专业跑步台上以自适应速度完成5分钟的慢跑，然后进行5分钟的下肢肌肉伸展。最后，他们练习了5分钟的乒乓球步法。完成热身任务后，参与者被给予2分钟来调整他们的状态。正式的数据收集开始了。

3. 静态校准

1. 单击工具栏上的" 数据管理 "按钮。
2. 单击工具栏上的" 新建数据库 "选项卡，单击" 位置"，然后导入试用版的说明。选择 临床模板 ，然后单击 "创建 "按钮。
3. 选择在"打开数据库"窗口中创建的 数据库 的名称。然后，单击绿色的" 新建患者类别 "按钮、黄色的" 新建患者 "按钮和灰色的" 新建会话 "按钮，在新打开的屏幕中创建实验信息。
4. 单击 "主题 "以在 Nexus 主窗格中创建新的主题数据集。
5. 单击"主题捕获"部分中的"开始"按钮以创建静态模型。当图像帧为 140-200 时，单击"停止"按钮以完成静态模型的建立。
   注意:在实验过程中，参与者被要求站在力平台上。他们被要求保持稳定的姿势，双手交叉并举在胸前，向前看，双脚分开与肩同宽。

4. 动态试验

1. 如图 1所示，将乒乓球桌和球筐放在实验环境中，以确保受试者有足够的空间进行两种步法。
   注意:乒乓球桌和球符合专业赛事的标准。
2. 要求参与者保持就绪位置，当实验者发出启动命令时，要求教练分别将乒乓球发球到第一个和最后一个撞击区域。
   1. 在正式实验开始之前，给参与者足够的时间通过练习习惯这个姿势。
   2. 要求参与者从桌子的左侧开始，离桌子大约半米远。然后，要求他们用正手以最大力量击中第一个和第二个发球，并在完成第二个击球任务后返回到就绪位置。
   3. 要求参与者首先使用追逐步法完成5次成功的击球，然后使用跨步步法完成5次成功的击球。
3. 在软件中，单击压力平台中的" 捕获 "按钮开始录制，然后单击" 停止 "按钮结束录制。对每个参与者重复五次。
   注意:如果射击不在目标区域的范围内，或者如果被摄体的右脚没有完全在力平台上，则将重新进行测量。

5. 后处理

1. 双击" 数据管理 "窗口中的试用名称。单击工具栏中的" 重建管道 "和" 标签 "按钮以显示实验演示。
2. 在 "透视"窗口中，移动时间栏上的蓝色三角形以截取所需的时间间隔。
3. 选择"主题校准"窗格中的"动态插件步态"。单击"开始"按钮以运行并导出数据。

6. 统计分析

1. 使用专业统计软件分析所有数据。运行夏皮罗-威尔克斯检验以检查所有变量的正态分布。
2. 使用配对的 t检验来比较乒乓球击球过程中步法和跨步步法的动力学特征。
3. 将显著性水平设置为 p < 0.05。除非另有说明，否则结果将在整个文本中以平均值±标准差的形式显示。

结果

如图2和表2所示，与步法步法（0.82±0.18）相比，跨步步法的后地面反作用力（0.89±0.21）明显大于（P = 0.014）。然而，跨步步法的横向地面反作用力（-0.38±0.21）明显低于步法（-0.46±0.29）（P<0.001）。此外，交叉步法的垂直地面反作用力（1.73±0.19）明显低于步法（1.9±0.33）（P <0.001）。在乒乓球比赛中，横步和脚步之间的内侧或前地面反作用力之间没有观察到差?...

讨论

本研究旨在研究乒乓球击球过程中跨步步和斜步之间的地面反作用力特征。本研究的主要发现在这里陈述。跨步步法的前地面反作用力明显大于步法步法。跨步步法的横向地面反作用力明显低于步法步法。跨步步法的垂直地面反作用力明显低于步法步法。

Marsan等人（2020）表明，牛顿第二定律可能是除峰值地面反作用力¹⁸之外的地面反作用力值的良好估计方?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
14 mm Diameter Passive Retro-reflective Marker	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		n=22
Double Adhesive Tape	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		For fixing markers to skin
Force Platform	Advanced Mechanical Technology, Inc.		Measure ground reaction force
Motion Tracking Cameras	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		n= 8
T-Frame	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		-
Valid Dongle	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		Vicon Nexus 1.4.116
Vicon Datastation ADC	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		-