1 研究进展

棒球是一项在国际上有重要影响的竞技项目。全球近30个国家和地区将棒球列为“国球”或“第一运动”。职业运动排名是一个国家或地区竞技水平的重要体现。目前在亚洲男子球类集体项目中,只有棒球项目曾获得奥运会、世界杯冠军。因此可以认为,亚洲人种是适合从事棒球运动的。

近几年,中国棒球队参加世界棒球经典赛、奥运会、亚运会等重要赛事并取得一些进步,虽几次战胜具有世界水平的中国台湾棒球队,但世界排名仍在中游水平。我国棒球投手投球速度与世界水平存在较大差距,是当前我国棒球运动竞技水平不高的重要因素。在高水平比赛中,投手能力决定球队70%—80%的胜利因素^[1],而投手球速在其中发挥着50%—60%的重要性。1998年我国学者杨静宜等人^[2]通过肘关节屈伸肌群等速肌力测定分析,发现肘关节屈、伸肌群最大力矩与肌肉收缩方式的关系符合一般规律,即离心收缩大于静力收缩,静力收缩又大于向心收缩。2006年,曾四清等人^[3]研究提出,棒球投手优势臂的外旋活动范围明显大于非优势臂,而其优势臂的内旋活动范围则显著小于非优势臂,优势臂的整个旋转活动范围也明显小于非优势臂。何勇^[4]应用超声波动力学测量仪和CYBEX-6000等速仪器对棒球投手肩关节内外旋活动范围、内外旋肌力进行测量,探讨棒球投手肩关节旋转运动特征,指出肩关节既是躯干和上肢的连结点,又是上肢运动的支点,是保证上肢完成三维活动的重要结构。2010年,马秀杰等人^[5]从运动学、动力学、肌电学方面对影响棒球投球动作质量及投球速度的关键部位和因素进行探讨。

可见,近十年来我国学者逐渐认识到棒球投手的重要性,投手投球技术也引起了国内一些学者的关注和探讨,但棒球投手生物力学方面的研究成果还比较少,不足5篇,国外的相关文章也仅几十篇,再具体到影响棒球投手投球速度关键因素的分析则更少。为此,本文采集了国内优秀棒球投手的地面反弹力、冲量,并利用Simi影像采集系统获得投手投球动作,并与三维测力台同步获得运动学、动力学数据,找出影响棒球投手投球速度的关键因素。研究结果对我国棒球投手投球速度的提高有一定参考价值。

2 研究对象和方法

2.1 研究对象

以参加广州亚运会棒球赛和获得2009年全运会棒球赛、2010年中国棒球联赛与全国棒球锦标赛冠军的队伍及2012年第八届全国大学生棒球联赛体院组冠军队的7名投手为研究对象。7名投手全部参加了实验室测试,身心健康,投手采用侧身肩上直线球投法。

2.2 研究方法

2.2.1 摄像法

采用Simi影像采集系统(高速三维动作捕捉系统)三维定点拍摄测试对象的投球动作。拍摄频率为100Hz,摄像机高度为1.2m,摄像机面对测力台。测试投手面对投球网投球(距投球网5m)。拍摄范围5m。

2.2.2 运动学测试法

采集运动学数据后,用Simi影像采集系统进行投球动作解析,并对各关节角速度变化曲线进行记录、监测和分析。

2.2.3 动力学测试法

采用KISTLER三维测力台,对测试对象的投球动作进行三维测力,采样频率为1 000Hz。测力台后方是投手支撑脚踩踏位置,前方是投手伸踏脚落地位置。通过KISTLER三维测力台采集投手支撑脚、伸踏脚的地面反弹力和冲量变化曲线图。对投手双脚地面反弹力和冲量变化曲线图进行记录、监测和分析。

2.2.4 比较分析法

就采集到的测试对象的投球技术动作,与国外优秀投手关键技术进行比较分析。

2.2.5 运动解剖学分析法

采用运动解剖学方法,对影响投手投球速度的关键因素(主要关节肌力群)进行分析和解释。

3 研究结果和分析

3.1 动力学采集数据分析

图1和图2是采集到的测试对象2的投球地面反弹力和冲量。

图1中显示了投手支撑脚(left)、伸踏脚(right)的地面的反弹力。数据表明,支撑脚地面反弹力时间较长,这是因为采集了投手投球出手前的准备过程,其峰值为1 047.541N;伸踏脚的峰值为1 415.444N。表明投手在伸踏脚触地和球出手球速最快时出现最大峰值,伸踏脚的地面反弹力最大,这是因为投手伸踏脚落地和球出手时,全身肌肉收缩作用于伸踏脚落地点,形成地面最大反弹力。除地面反弹力外,冲量能反映出力在时间上的效果,冲量结果见图2。

从图2可见,投手支撑脚蹬伸的冲量远大于伸踏脚的冲量。因支撑脚作用力准备的时间较长,在伸踏脚触地时刻和球出手最快时冲量很大。这是投手伸踏脚落地支撑后,呈制动状态带动整个手臂产生鞭打动作和支撑脚快速蹬伸造成的。

其他6名测试对象的地面反弹力和冲量实验测试结果都表明,在投手伸踏脚落地和球出手最快时的伸踏脚地面反弹力最大,而支撑脚的冲量则最大(表1)。

3.2 运动学采集数据分析

3.2.1 投手肩关节角速度和角加速度分析

图3数据表明,投手伸踏脚落地和球出手最快阶段,肩关节角加速度最大,之后依然保持很快速度。鞭打动作完成后进入随摆阶段,速度减慢以保护肩关节。投手的肩关节是投球手臂的固定点,通过肩关节角加速度快速增加带动肘腕关节鞭打出球的关键环节。可见,提高肩关节角加速度是提高投球速度的关键因素之一。因此加强肩关节的旋内肌群(胸大肌前部肌束、大圆肌、背阔肌、肩胛下肌)与外展肌肉群(小圆肌、冈下肌、三角肌后部肌束)的力量、收缩速度和外展外旋柔韧度等尤其重要。

3.2.2 投手肘关节角速度和角加速度分析

图4数据表明,投手伸踏脚落地和球出手最快阶段,肘关节的角加速度最大。这是为完成鞭打动作和球出手时有预备摆动作(肘部外展外旋时)引起的。肘关节由屈至接近伸直状态时角加速度最大。加强肘关节伸肌群与旋内旋外肌群(肘肌、肱三头肌、旋前圆肌、旋前方肌、旋后肌、肱二头肌)的力量、收缩速度和外展外旋柔韧度是提高投球速度的重要训练内容。

3.2.3 投手腕关节角速度和角加速度分析

图5数据表明,投手球出手时(手臂伸直扣腕)腕关节的角加速度变化很大。这是为完成鞭打动作和球出手扣腕引起的。球离中指瞬间(直线快球投法)角加速度最大。所以,有必要加强腕指关节伸屈肌群(尺侧腕伸肌、桡侧腕短伸肌、桡侧腕长伸肌、掌长肌、桡侧腕屈肌、尺侧腕屈肌、指深浅屈肌、拇长展肌等)的力量、收缩速度和外展外旋柔韧度的训练。

3.2.4 投手髋关节转动角速度和角加速度分析

图6数据表明,投手髋关节重心从支撑脚过渡到伸踏脚落地时,髋关节右侧转动的角加速度变化很大。这是身体重心由右侧过渡到左侧脚落地时,在投手投球最后用力阶段形成背弓、蹬地转腰和转髋引起的。

投手伸踏脚落地阶段髋关节的角加速度最快,这是带动投手上躯干投球、形成强有力背弓、各关节互相制动和速度叠加的关键环节。投手投球速度与髋关节的旋内和外展肌群(耻骨肌、大收肌、臀中肌、臀小肌前部肌束、臀小肌、臀中肌、梨状肌等)密切相关。

3.2.5 投手膝关节角速度和角加速度分析

图7数据表明,在投手身体重心逐渐前移和伸踏脚落地时,右膝关节转动的角加速度变化很大。这是投手支撑脚向前、向上蹬力和伸踏脚落地时支撑地面反作用力引起的。右膝关节在伸踏脚落地阶段角加速度最大。这是带动髋腰关节加速转动和形成投球躯干满弓的关键。因此,加强膝关节旋外旋内肌群(股二头肌、腓肠肌外侧头等)的力量与收缩速度对稳定投手重心移动、投球躯干平衡、投球支撑脚向上蹬伸反弹力和最终提高球速等尤其重要。

3.3 测试对象与国外优秀投手关键技术的比较分析

采用Simi影像采集系统拍摄测试对象的投球技术动作,并与国外优秀投手关键技术进行图文、现场拍摄与视频比较分析。结果表明,测试对象与广州亚运会上日本、韩国、中国台湾及美国职业棒球队投手的关键技术动作相比存在较大差距。主要表现为投手支撑脚外翻、投球肩肘外展外翻过小、背弓不明显,造成投手全身躯干肌肉群伸展不足、肌力收缩时间过短,影响投手投球速度^[7-9]。

4 结论和建议

4.1 结论

投手伸踏脚落地时(球出手最快阶段)的地面反弹力最大,支撑脚冲量最大。投手的肩关节、肘关节、腕关节、髋关节和膝关节在伸踏脚落地和球出手最快阶段的角加速度最大。我国棒球投手与国外优秀投手的关键技术动作的差距,主要表现为支撑脚外翻、投球肩肘外展外翻过小、背弓不明显。

4.2 建议

(1)通过负重深蹲起、负重深蹲跳、负重前后跨步、负重静止半蹲等力量训练,提高伸踏脚地面反弹力。

(2)通过上下屈伸、负重屈伸、负重深蹲跳、负重蹬伸等力量训练,提高支撑脚(轴心脚)的冲量,增加支撑脚的稳定,延长重心移动时间。

(3)加强肩关节旋内肌群和外展肌群、肘关节伸肌群与旋内旋外肌群、腕指关节伸屈肌群、髋关节旋内与外展肌群、膝关节旋外肌群等力量、收缩速度和肩肘柔韧度的训练,以提高投手的肩关节、肘关节、髋关节、膝关节的加速度指标。

(4)保持投手伸踏脚内扣、提高肩肘外展外旋幅度和躯干满弓程度,促进投手近端肩关节、肘关节、腕关节到远端指关节的依次加速与制动,最终产生投球臂最快的鞭打动作。

(5)在加强投手投球速度训练时,既要重视局部鞭打动作,更要重视投手的全身背弓与全身鞭打动作。投手投球背弓属全身躯干满弓,是形成最佳用力的全身鞭打动作的关键。全身鞭打动作从远端的下肢脚趾制动开始,表现出脚趾关节、踝关节、膝关节、髋关节的动量传递到近端的肩关节、肘关节、腕关节再到远端指关节的依次顺序叠加速度与制动的特征,最终传递给末端的出球手指和棒球。

参考文献