基于AnyBody仿真及有限元建模下的八段锦运动生物力学研究

以AnyBody仿真骨骼肌多体逆向动力学三元素肌肉收缩力模型及有限元法构建八段锦动作的三维胫骨模型,全面、客观地计算不同动作最大肌力峰值时刻的积分肌电、力矩、肌肉收缩等生物力学特性. 将10例健康青年八段锦志愿者的身高、体质量、髋宽、髋深、膝宽、踝宽等形态学数据作为约束条件,用AnyBody7.1.2软件导出八段锦8个动作下肢最大肌力指标,依据胫骨最大应力约束条件,用Minics 10.01、Geomagic studio 2013、ANSYS 19.2软件建构三维数据,添加AnyBody中的3个方向数据,分析并计算不同动作最大力的应力传导大小、分布规律. 研究结果表明:八段锦是左右对称性运动,双侧同块肌肉积分肌电值、肌肉力值无显著性差异,有利于锻炼双下肢稳定性及协调性,运动中人体需要通过移动来保持平衡,膝关节在垂直轴方向力最大,伸展力矩值最大;做八段锦运动过程中,髋关节主导发力肌肉为臀中肌,膝关节主导发力肌肉为比目鱼肌、股外侧肌、腓肠肌,踝关节主导发力肌肉为拇长屈肌;表面肌电验证是评价人体肌肉激活程度的主要方式,八段锦运动中胫骨前肌、腓肠肌、股直肌、股二头肌的肌肉活性仿真结果与积分肌电值具有较高的一致性.以AnyBody软件分析下肢动作特征和有限元软件建构的胫骨模型,适用于八段锦动作的动态研究,可为计算八段锦运动时动力学变化提供新思路与实践价值参考.      

跳远运动中起跳技术的肌肉力学和动力学研究

通过实验客观地反映有利于跳远起跳技术的各项生物力学参数及其适宜范围,找出此技术动作参数间内在联系和规律,为跳远运动的基础训练和深入的理论研究提供参考依据。研究方法上采用遥测肌电测试和三维测力台同步技术,对4名优秀男子跳远运动员的起跳动作进行现场测试,运用图像解析法、数理统计法等方法进行统计分析。在着板缓冲阶段,研究对象右侧股直肌和右侧腓肠肌肌电积分平均值分别为102.00 uvs和91.25 uvs,研究对象垂直方向受力均值为7 035.16N,一级运动员李*垂直方向受力为6 428.30N,其值明显小于垂直受力均值;在蹬伸阶段,研究对象腹直肌肌电积分值达到了131.00 uvs,研究对象垂直方向受力最大时,垂直方向受力均值为3226.32N,李*垂直方向受力为3652.65N,其值明显大于垂直受力均值;研究对象起跳腿着地时对地面的冲击力一级运动员要明显小于二级运动员的。在蹬伸阶段,躯干腹直肌和起跳腿的股直肌表现最为兴奋,为主要作用肌肉;研究对象垂直方向受力最大时,级别越高垂直方向最大受力越大,水平方向与之相反。     

对武术套路中仰身平衡和燕式平衡的生理学即运动学研究

笔者运用 Ariel 动作解析系统、KISTLER 三维测力台、NORAXON 表面肌电测试系统分别对武术套路中的仰身平衡和燕式平衡两个典型的平衡动作进行了运动学、生物力学和生理学分析,发现：1）A 组 COP 在 AP、ML 方向上的最大动摇径、平均速度、动摇轨迹总长度和动摇轨迹包络面积均小 B 组（P ＜0．01）;2）两组运动员完成平衡动作时,肌电百分比值存在显著差异（P ＜0．05）;3）A 组平衡动作摆动腿 Y轴方向上速度变化显著,B 组在完成平衡动作时,摆动腿、在 X、Z 轴方向上的分速度变化变化显著．结论：1）仰身平衡动作,需摆动腿积极前伸,燕式平衡需小腿的主动的向后蹬伸;2）身体重心前后左右晃动幅度、轨迹长度、晃动面积能准确地反映武术套路运动员平衡稳定性,而且单位面积的轨迹长度,也能显示平衡稳定性,因此这两指标可以作为武术套路运动员的评价和选材的参考指标;3）这两个平衡动作,不仅需要训练腰、腹和背部大肌肉群的力量,还要有所侧重地加强支撑腿半腱肌、胫骨前肌和摆动腿的股直肌的力量训练．     

跆拳道双飞踢技术动作运动特征分析

跆拳道运动中双飞踢技术,有着不可比拟的优势和特点,是跆拳道运动员在比赛中常用到的技术。国内关于双飞踢技术的肌电特征研究处于空白,没有相关的理论研究对双飞踢技术中的肌肉角度、收缩速度、长度等进行详细的解释,本文选取跆拳道运动员的双飞踢动作作为研究对象,运用肌电知识对其进行分析,揭示跆拳道运动员双飞踢技术运用过程中肌肉的用力特征,以期得出双飞踢动作的合理动作过程和发力方法,有助于双飞踢动作技能的形成。     

速滑中腿部肌肉协调性同步肌电分析

为研究人体运动中腿部肌肉间的运动协调关系,提出了一种基于多肌电模型的同步肌电研究方法。该文以滑冰运动为例,采集了5名速滑运动员滑冰过程中腿部9块表层肌肉的肌电信号,分别建立每位运动员直道和弯道滑跑多肌电模型,并进行了多路肌电的同步相关性分析。分析结果表明:同一运动员完成相同动作时肌肉协调关系一致性好;而完成不同动作时的肌肉协调关系差异明显;不同运动员完成同一动作时,肌肉协调关系有较大差别。实验结果显示了同步肌电分析方法可以作为一种有效的量化评估肌肉间协调性的方法。     

篮球跳投动作上下肢肌激发顺序和用力大小的肌电分析

为了研究篮球跳投动作中各肌肉的激发顺序和用力大小,采用表面肌电仪和SONY摄像机同步记录了篮球运动员完成原地跳投动作时上下肢肌的表面肌电信号,观察了定量运动训练时肌肉的疲劳情况．结果表明：跳投动作上下肢肌肌电活动开始与结束的激发顺序各不相同,在整个跳投动作中,腓肠肌后段在各组中作用最大,其次是手伸肌群和肱三头肌;上肢肌群比下肢肌群的作用大．结论验证了“用力顺序”是“自下而上”的观点;运用肌电技术的研究方法能够准确测试篮球运动中各肌肉的激发顺序和作用大小．     

人体在向后滑倒时平衡调节能力的生物力学研究

通过分析从坐到站及行走过程中多次平衡干扰对滑倒的调节效果,从运动生物力学的角度,探究在有外部干扰及疲劳滑动状态下对人体平衡能力的影响以及差异性.利用动态滑轨在受试者完成坐起动作和正常向前行走时产生突然的向前运动,使受试者产生向后跌倒的趋势.运用Noraxon表面肌电测试系统、Kistler三维测力台、BTS三维红外动作捕捉系统,以及Ariel录像分析系统,同步记录受试者在正常坐起及向后滑倒过程中的运动学、动力学和肌电参数.运用Biodex多关节等速肌力测试系统实现下肢关节肌肉的疲劳.结果表明:有效的质心调节可以使人体在遇到突然的向后滑动时保持相对稳定状态,使身体不至于产生较大的波动,充分的下肢支撑以及有效的上肢关节的调节是避免滑倒的关键.在从坐到站及人体行走过程中,地面反作用力、压力中心移动范围的值相比无干扰状态下显著增加.在从坐到站过程中突然滑动测力台,腓肠肌内侧、股二头肌,胫骨前肌和股直肌的积分肌电值较无干扰状态有了显著的增加.人体在疲劳状态下,腓肠肌内侧和股直肌肌电值明显增加.在滑台上多次的滑动训练可以提高人体平衡能力.模拟跌倒的测试可以评估人体的跌倒风险,对于老年人跌倒风险的评估也有一定的意义.      

不同负荷情况下足底压力及肌电特征分析

为了解不同身体负荷下足底压力分布特征及肌电特征,运用表面肌电测量仪、配套三维测力台和Vicon Nexus运动捕捉系统等对受试者进行了测试。研究结果表明:负载质量存在一个使足底压力逐渐趋于不变的阈值。通过人体保护补偿机制,高于阈值的负荷质量产生的压力,被肢体动作迅速分散,增加前后方向的冲力,降低垂直方向的地面反作用力。但同一肌肉的有效放电值(RMS)在不同运动形式下,随负荷质量增大可能出现不同的变化趋势。如胫骨前肌RMS在行走过程中,随负荷质量增加有少量增大趋势,跑步则是随负荷质量增大而显著降低。     

运动训练与间接振动刺激问题研究

间接振动刺激的应用,从医疗康复到运动选手的训练,诸多文献认为对肌肉力量、爆发力与肌电活动有效提升;但也有相当数量的研究指出,振动刺激并无显着效果,甚至对参与训练者产生负面影响。研究结果认为,一次性或长期性的振动训练,可以有效提升肌肉的力量、爆发力与肌电的活动。然而,振动训练对运动表现及生理反应的促进效果取决于振动刺激的负荷(振频、振幅、振动持续时间)以及振动训练的计划等因素。     

卧姿下肢康复训练运动生物力学特性

现有的卧姿康复机器人功能单一、使用率低。该文设计了仰卧踏车、仰卧抬腿、侧卧抬腿等典型卧姿训练动作测量实验，并基于OpenSim建立了卧姿肌肉骨骼模型，计算分析关节角度、肌肉激活度及其耦合关系，研究了卧姿康复训练时髋、膝、踝关节及其主要驱动肌群的变化规律，探讨卧床患者运动训练的康复机制，为相关康复机器人的运动功能设计提供了理论依据。结果表明：仰卧踏车具有更高的膝关节与踝关节活动度，但整体肌肉激活度表现较另2种动作偏低；其关节运动幅度越大，肌肉激活度越高。仰卧抬腿与侧卧抬腿分别对髋关节屈曲与外展活动度以及相关肌群有明显激活；抬腿速度越快，肌肉激活度越高，但相对于地面的水平位移量越大；抬腿角度变大时，肌肉激活度均值整体降低，相对于地面的水平位移量变大。该研究发现仰卧抬腿、侧卧抬腿、仰卧踏车运动对人体关节与肌肉的作用各有侧重，在临床上采用侧卧、仰卧等多种动作组合训练可以提高康复效果，康复机器人最好能提供更多的矢状面和冠状面康复训练功能。     

新型腰背部运动训练系统及其效果检测

针对腰肌劳损、背部疼痛等腰背部疾病高发的问题,设计开发了1种腰背部运动训练系统。依据仿生学原理,通过模仿骑马的"8"字型动作,提出了该新型腰背部运动训练系统的技术方案,对机械结构和控制系统进行了设计。制作了新型腰背部运动训练系统的样机,进行了三维运动检测和表面肌电信号(s EMG)检测实验。结果表明,采用该新型腰背部运动系统进行运动训练时,腰方肌和竖背肌的积分肌电信号(IEMG)和肌电均方根(RMS)振幅为静坐状态时的3倍以上,具备有效调整腰背部肌肉运动特性的功能。     

几种运动生物力学分析系统的研究

本文通过查阅文献,对国内外常用运动生物力学分析应用系统进行研究。对目前几种运动图像分析、三维测力台、步态分析等系统进行介绍,并将几种运动图像分析系统进行简单比较,对如何选用运动生物力学分析系统提供有益的借鉴,同时对目前国内的运动生物力学分析系统的现状做简单总结,并提出了希望。     

几种运动生物力学分析系统的研究

本文通过查阅文献,对国内外常用运动生物力学分析应用系统进行研究.对目前几种运动图像分析、三维测力台、步态分析等系统进行介绍,并将几种运动图像分析系统进行简单比较,对如何选用运动生物力学分析系统提供有益的借鉴,同时对目前国内的运动生物力学分析系统的现状做简单总结,并提出了希望.     

基于表面肌电信号参数的人体上肢运动研究

根据检测得到的右上肢主肌肉群的肌电信号,探讨了人体右上肢主肌肉群的肌肉功能状态和男性与女性之间肌肉功能状态的差别.20位实验者右上肢完成13个基本动作,对三角肌、肱二头肌、肱三头肌、掌长肌和指伸肌五块肌肉进行肌电采集,用SPSS 14.0软件时特征参数平均振幅(AEMG)和积分肌电(IEMG)进行数据处理.结果表明:完成不同的日常生活活动,肌肉的活跃程度存在着一定的相似性和差异性;男性以增强指伸肌和三角肌为主,女性则以掌长肌和三角肌为主.实验数据可为老年人和残疾人康复训练及肌电信号控制提供一定的理论依据和指导作用.     

经颅直流电刺激联合神经肌肉电刺激对赛艇运动表现的即时性影响

经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation , tDCS)和神经肌肉电刺激(neuromuscular electrical stimulation,NMES)作为两种非侵入性干预手段,常被用于提升人体运动能力。而目前尚无同时使用这两种电刺激手段,改善神经肌肉控制能力,提高健康人群运动表现的相关研究。本文以专业赛艇运动员为研究对象,通过在专项测试前的热身阶段联合使用tDCS和NMES,观察其对赛艇运动表现的即时性影响。结果表明：tDCS+NMES可显著提高受试者500m全力测功仪测试的平均功率(p<0.05)；在100 m全力测功仪测试中,实验组受试者股四头肌肌电RMS显著高于对照组(p < 0.05)；背阔肌肌电MNF和MDF显著高于对照组(p< 0.05)。在500 m全力测功仪测试中,实验组受试者股四头肌肌电iEMG显著高于对照组(p < 0.05),股四头肌和背阔肌肌电的MNF和MDF也显著高于对照组(p< 0.05)。可见：在热身阶段使用tDCS+NMES可有助于提升赛艇运动员神经肌肉动员能力,提高主要发力肌肌纤维募集程度,从而改善赛艇运动表现；tDCS+NMES的作用效果可能与刺激部位、运动中不同部位肌肉做功大小有关。     

羽毛球运动员高远球技术动作上肢肌肉肌电分析

为了探讨高校高水平羽毛球运动员在做正、反手高远球技术动作时上肢主要肌肉(三角肌、背阔肌、腹外斜肌、肱二头肌、尺桡肌)的肌力特征。运用美国Delsys公司生产的无线GPS表面肌电测试仪对体育学院羽毛球运动员上肢主要肌肉进行了测试分析。结果表明:1)高远球技术动作参与运动的上肢肌肉发力最早的是三角肌、腹外斜肌和胸大肌,做功最大的是三角肌、肱二头肌和尺桡肌;反手高远球技术动作参与运动的上肢肌肉发力最早的是三角肌和背阔肌、腹外斜肌,做工最大的是三角肌、背阔肌和肱二头肌。2)无论是正手还是反手高远球技术动作,三角肌均为主要发力肌,做功最大,发力时间也最早。     

低成本人体步态在线检测系统

研究了一种由 CCD摄像机、三维测力台及表面肌电信号检测装置组成的人体步态在线检测系统。在该系统中图像、力和表面肌电信号都由一台计算机实时采集。采用普通监控用图像设备和边缘检测、模板匹配等方法识别运动图像中的标志点 ,降低了系统硬件成本和对测试背景的要求。初步应用结果表明 :系统同步性能好 ,空间分辨率小于0 .2 %。该系统不仅适合于临床进行步态分析 ,而且也可用作其他与人体运动姿态有关研究的检测平台。     

世界优秀男子花样滑冰运动员后外点冰三周跳的运动生物力学研究

运用国际先进的艾利尔运动技术分析软件及生物力学三维录像DLT分析方法,对中国花样滑冰队和国外高水平男子单人滑运动员的后外点冰三周跳动作进行运动学分析,得出我国运动员闫某在缓冲蹬冰阶段,水平速度和垂直速度都较大,腾空时间长,已经具备四周跳的能力.宋某腾空时间不足,导致空中动作没有视觉冲击性,很难获得高分.王某在缓冲蹬冰阶段,水平速度较小,腾空水平飞行距离较国内外优秀运动员近,腾空时间较短,垂直方向速度较大,腾空高度较高.关某在缓冲蹬冰阶段,水平速度变化幅度平缓,不存在明显的下降阶段,同时获得较大的垂直方向上的速度.金某在缓冲蹬冰阶段,水平速度小,垂直方向速度低,腾空高度和腾空水平飞行距离都不够.同时首次应用NORAXON表面肌电图机对主要发力肌肉的肌电进行分析,对主要用力肌肉发力顺序及贡献率进行了科学的分析,为教练员和运动员攻克难度动作提供了理论依据.起跳过程中,起跳腿股直肌和胫骨前肌先发力,并且股直肌稍先于胫骨前肌.积分肌电和贡献率最大的肌肉是股直肌,其次为胫骨前肌.腓肠肌内侧头和股二头肌长头的积分肌电值较小,起支撑协同作用.     

张保系咏春拳专家选手日字冲拳主要肌群激活特征分析

通过三维运动学和表面肌电遥测仪器对咏春拳专家选手日字冲拳进行分析,为咏春拳劲力特征分析和科学化训练提供数据支撑．发现上肢远端肌肉先激活,近端肌肉随后激活的肌肉激活方式,并在冲拳最后阶段多处肌肉处于共激活状态．上肢远端肌肉最先激活,体现传统武术理论中“稍节领劲”的发力特点;冲拳过程中上肢对侧肌肉适度参与协调,为咏春拳高级阶段左右两侧进行不同动作的技术打好基础;冲拳末期（肘关节接近伸直）身体下肢、躯干、上肢多处肌肉共激活,有利于提高击打目标瞬间有效质量,增强日字冲拳技击效果．     

运动生物力学实验教学内容改革及效果分析

为丰富运动生物力学实验教学内容,提高实验仪器使用率,发挥学生的创造力和动手解决实际问题的能力,对连续动作图片的拍摄、影像解析系统的使用与操作、影像解析及三维测力实验内容进行了补充和调整。结果表明,运动技术分析方面的本科毕业论文选题明显增多,选课学生动作技能得到提升,后续课程学习效果改善,社会实践能力得到增强,运动生物力学教学质量和教学效果明显提高。