关键词:
足球
OpenSim
侧踢技术
运动生物力学
肌力
摘要:
目的:使用Open Sim对弧线球,射门和长传技术为主体的足球运动侧踢技术类群技术进行模拟仿真,探究该技术群的运动学、动力学特征,寻找之间差异与共性,为后续该技术类群的力学优化研究及损伤防治、动态数据统计方法、技战术训练方案设计等研究提供一定理论基础与支持。方法:本研究运用Vicon三维动作捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集5名专业足球运动员在侧踢技术类群下肢轨迹数据和地面反力数据,通过逆运动学,逆动力学和静态优化计算,获取蓄力,击球和送球时刻下髋膝踝关节运动学数据及下肢主要共激活肌群肌肉力和激活水平动力学数据,进行差异及共性分析。结果:(1)仿真验证结果三种侧踢技术肌肉激活水平程度和实验表面肌电归一化结果峰值波形高度相似,具有高度相关性(相关系数>0.75)。(2)运动学结果:弧线球技术在击球腿在蓄力击球瞬间拥有更大的膝后屈角度和踝翻转角度及角速度(P<0.05),支撑腿的髋收展,踝屈伸角度较小(P<0.05),送球时击球腿产生了更大的旋转角度(P<0.01)。射门在完整动作周期中击球腿均产生了更大的踝跖屈角度(P<0.01),击球时刻支撑腿髋旋转角度显著小于弧线球和长传技术(P<0.04),送球时刻击球腿产生了较大的髋屈伸,较小的旋转和踝屈伸角速度(P<0.04),支撑腿产生了较小的髋屈伸,髋旋转,膝屈伸角度(P<0.01)。长传技术击球腿蓄力击球时产生了更大的髋收展角速度,髋旋转角度,更小的膝屈伸和髋屈伸角度(P<0.05),支撑腿产生了更大的髋旋转角度,踝翻转角度,更小的踝跖屈角度(P<0.04),送球时产生了更大的髋收展角度及角速度,髋外旋角度(P<0.01)。(3)动力学结果:在肌力及相关力矩数据中,弧线球技术在蓄力时刻击球腿内外侧腓肠肌,胫骨前肌肌力和踝外翻力矩显著大于射门和长传技术(P<0.04)。射门技术击球时刻臀大肌肌力显著大于射门和长传技术(P<0.05)。长传技术击球和送球时刻髂腰肌肌群,内收肌群肌力,髋膝屈伸,旋转力矩显著大于弧线球和射门术(P<0.05)。在支撑腿上,弧线球技术在送球时刻胫骨后肌力量显著大于射门和长传技术(P<0.01),射门技术在整个时刻中腓肠肌等小腿后部肌肉群显著大于弧线球和长传技术(P<0.03)。长传技术在击球送球时刻髋部三轴自由度及外旋外展肌力,膝后屈力矩后伸肌群肌力均显著大于射门和弧线球技术(P<0.03)。肌肉激活水平数据中,三种侧踢技术在击球和送球内收肌均得到了充分激活,都需要使用内收肌离心对抗后摆运动,击球时刻股薄肌,内收长肌和送球时刻内收大肌和主导的内收肌群的最大激活和最大激活速度同时发生,股二头肌和送球时刻半膜肌在整个腘绳肌肌群中激活水平均处较高水平。长传技术击球和送球时刻股薄肌和内收大肌激活水平显著大于弧线球和长传技术(P<0.05)。射门技术在半膜肌,半腱肌,股二头肌激活水平表现更为平均,而弧线球技术和长传技术半膜肌处激活水平显著大于射门技术(P<0.02)。结论:(1)弧线球技术和射门技术击球腿有相同且更大的膝后屈角度特征,弧线球技术踝翻转角度和角速度活动范围更大,射门技术整体身体方向更为线性向前,击球腿踝关节全动作周期中均保持较大的跖屈角度,但支撑腿动作末期髋和踝关节更为不稳定,长传技术击球腿更倾向做髋内收运动,支撑腿做髋外展外旋运动且速度较快。(2)射门技术使踝关节成为稳定高强度刚度体的运动形式表现为跖屈运动,弧线球技术使踝关节成为高强度刚度体的运动形式表现为外翻运动。(3)三种侧踢技术动作周期内击球腿主要肌群为内收大肌,内收长肌,髂腰肌,股外侧肌,臀中肌,股薄肌,支撑腿主要肌群为臀大肌,股外侧肌,股二头肌,外侧腓肠肌,胫骨前肌,趾长伸肌,腓骨长肌。(4)弧线球技术产生了更强的踝外翻力以产生面对脚内侧击球的高刚度值,射门技术击球时刻臀中肌肌力较射门和长传技术大,长传技术击球和送球时刻髂腰肌肌群,内收肌群肌力,髋膝屈伸,旋转力矩较弧线球和射门术大。支撑腿弧线球技术在送球时刻胫骨后肌力量较射门和长传技术大产生较大跖屈内翻力,射门技术在整个时刻中腓肠肌等小腿肌肉群大于弧线球和长传技术以产生较大踝跖屈力。(5)三种侧踢技术在击球和送球时刻内收肌,击球时刻股薄肌是发生内收肌肌群损伤或疲劳的主要时刻,长传技术拥有更大的损伤风险和疲劳值。支撑腿相对射门技术,弧线球和长传技术支撑腿更易使腘绳肌损伤或劳损,从而导致ACL损伤。