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研究目的: 踺子转体180°前手翻接直体前空翻类动作,是近年来女子跳马的一类新动作,本文目的是通过运动学分析方法和生物力学建模与仿真方法,揭示这类技术动作的运动学、动力学规律与技术特点,为我国运动员发展该类型动作提供理论依据和技术参考。 研究方法: 1.对程菲和洪淑贞完成的―踺子转体180°前手翻接直体前空翻转体180°“(简称“R180”),以及程菲完成的―踺子转体180°前手翻接直体前空翻转体540°”(“程菲跳”)进行三维运动学分析,采用SIMI MOTION软件进行解析,并对三组跳马动作身体重心的水平速度和垂直速度、主要关节的位移、关节角度、身体翻转角速度等运动学参数进行对比分析。 2.通过编写基于Python脚本语言的接口软件,结合人体解剖和生物力学特点,输入人体形态学和人体生物材料学参数,并且对运动学分析所获得的运动学数据进行转换,生成MSC.ADAMS/LifeMod软件可识别的SLF格式数据文件。 3.根据多体动力学原理,利用MSC.ADAMS/LifeMod软件建立19环节的人体模型,并通过 Python脚本语言的接口软件,将运动学解析得到的“R180”两个动作中人体各个关节的三维坐标赋予三维人体模型,并建立与人体相接触的踏跳板、跳跃平台(马)和体操落地垫的跳马环境。 4.对“R180”跳马动作进行逆向动力学和正向动力学的仿真,对仿真获得的程菲和洪淑贞两人的跳马动作中人体部分关节力、力矩以及人体与体操器械接触的垂直反作用力等动力学参数进行对比分析。 5.通过改变两人跳马在双手推离马瞬间重心的水平和垂直速度,仿真研究它们对跳马第二腾空技术动作的影响。 6.为了检验仿真方法的可靠性,对程菲和洪淑贞两人的“R180”跳马动作的踏跳阶段重复进行与以上过程相同的建模与仿真,采用方差分析法检验仿真方法的可靠性。 研究结果与结论: 通过对“R180”、“程菲跳”的运动学分析,和“R180”两个动作的建模与仿真研究,获得了三组跳马动作身体重心的水平速度和垂直速度、主要关节的位移、关节角度、身体翻转角速度等运动学参数;两人在“R180”跳马动作中人体部分关节力、力矩以及人体与体操器械接触的垂直反作用力等动力学参数。 结论如下: 1.踺子转体180°前手翻接直体前空翻类跳马动作在触马前的技术动作基本相同,难度较高的技术动作需要更高的推离马垂直速度和更快的第二腾空转体角速度。 2.程菲完成的“R180”跳马技术动作整体优于洪淑贞的,但程菲跳马在推马阶段,存在纵轴转体开始过早现象,这可能导致其向上推马动力不足,影响第二腾空高度,完善推马阶段技术动作,是程菲练习踺子转体180°前手翻接直体前空翻类跳马动作,包括“程菲跳”的关键所在。 3.本研究建立了适合于女子跳马技术动作分析的人体多体系统模型,利用该模型能够较真实地对运动员跳马技术动作进行模拟仿真,也可开展有关跳马推离马速度等相关因素的仿真实验。 4.本研究建立了适合应用于跳马训练实践的、基于三维影像运动学分析的跳马技术动作动力学分析的计算机仿真方法,该方法具有可靠性。