羽球啟動步法之起跳時機及下肢生物力學分析

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(1)國立臺灣師範大學運動與休閒學院體育學系博士學位論文. 羽球啟動步法之起跳時機及下肢生物力學分析. 研究生：薛尹彰指導教授：蔡虔祿. 中華民國 104 年 6 月中華民國臺北市.

(2) 口試委員與系主任簽字之論文通過簽名表. i.

(3) 羽球啟動步法之起跳時機及下肢生物力學分析 2015 年 5 月研究生：薛尹彰指導教授：蔡虔祿. 中文摘要. 羽球啟動步法是羽球運動中的重要基礎之一，但在啟動時機及下肢發力方面仍缺乏科學的研究。本研究目的是在比較不同球路下，各擊球位置的啟動時機、反應時間與啟動時下肢動力學參數上的差異。方法：受試者為八位大專男子甲組羽球選手(身高：173 ± 3.6 cm，體重：68.1 ± 4.67 kg，年齡：21 ± 3 歲)，實驗中使用 10 部(Vicon MX-13+) 紅外線攝影機 (300Hz) 及 Nexus1.8 軟體來蒐集動作影像資料，而地面反作用力則以兩塊測力板(Kistler9287、AMTI5507)收集相關數據，再以 Visual 3D 軟體計算運動學及動力學資料。所得參數以無母數魏可遜配對組符號等級測驗或弗里曼二因子等級變異數分析的統計方法來檢定(顯著水準定為α=.05)。結果：前啟動期各方向的重心變化、地面反作用力及輕跳離地時機均無顯著差異，但輕跳離地時機為擊球後 14~37 毫秒。動作期間，與擊球位置相反之反側腳的下肢推蹬力量、總衝量顯著大於同側腳。中場啟動時，雙腳有稍大的下肢勁度、推蹬腳有較大的水平推蹬力。左前場啟動時，推蹬腳有較大的最大水平推蹬力，以及較慢的重心水平速度。在推蹬腳關節作功比例，前、中場以髖、膝關節較大，後場則以踝關節較大。在反應時間上，各擊球位置的反應時間約在對手擊球後的 0.3 秒，且整體反應時間以中場顯著快於前場與後場。結論：前啟動期的六種預備動作皆有一致性。啟動期之輕跳時機應同時於對手擊球瞬間。啟動以啟動方向的反側腳推蹬，中場啟動需較大的下肢勁度、水平推蹬力和較短的整體反應時間，左前場則需較大的水平推蹬力。前、中場的推蹬腳發力應著重於髖和膝關節，後場則以踝關節為主。若要有較佳的回擊，下肢應於對手擊球後 0.3 秒內要有正確推蹬方向與最大推蹬發力。. 關鍵詞：步法、反應時間、下肢勁度 ii.

(4) Take off Timing and Biomechanical analysis of Lower Extremities in Badminton split step May 2015 Graduate Student: Yi-Chang Hsueh Advisor: Chien-Lu Tsai. Abstract Split step is a critical basis of badminton footwork. However, scientific studies on the timing and lower extremities kinetics of badminton split step remain insufficient. Therefore, the purpose of this study was to compare, for six direction movements, the players’ split timing, reaction time, and lower extremities kinetics during push-offs. Method：Eight collegiate elite male badminton players participated in this study (height: 173 ± 3.6 cm; weight: 68.1 ± 4.67 kg; age: 21 ± 3 years). Motion images were record by 10 Vicon MX-13+ (300 Hz) infrared cameras, Nexus 1.8 software for data collection, 2 force plates (Kistler 9287, AMTI 5507) to collect ground reaction forces, and Visual 3D software for calculating kinematic and kinetic data. The data obtained were assessed using the nonparametric Wilcoxon signed-rank test or Friedman’s 2-way analysis of variance by ranks in which the level of significance was set as α = .05. Result：There were no significant difference in the variables of COM, GRF and hop timing among six start direction before propulsion phase, and hop timing occurred in 14~37 ms after the opponent struck the shuttlecocks. During the propulsion phase, the leg which was opposite the movement direction have significantly greater lower extremity push-off force and total impulse than that in the homolateral leg. There were greater lower extremity stiffness and significantly greater horizontal push-off force of pushing leg in the midcourt start. In the left of front court start, there was greater peak horizontal push off force of pushing leg , but slower horizontal COM velocity. In the front court and midcourt, the energies generated by the hip and knee joints were significantly greater than that of the ankle joint in pushing leg ; in the rear court, the ankle joint showed iii.

(5) significantly greater energy generation than the hip and knee joints did. The reaction time of each start direction occurred about 0.3 sec after the players struck the shuttlecocks. The total reaction time of midcourt was faster than the front court and rear court. Conclusion : The prepare movement before the propulsion phase must be consistent and hop simultaneously with the opponent struck the shuttlecocks. The leg opposite the movement direction was the main. pushing leg. Greater lower extremity stiffness, horizontal push-off force and shorter total reaction time were needed in midcourt start. In the left of front court, it needed greater horizontal push off force to start. The main pushing joint of lower extremity was hip and knee in the front court and the midcourt start, but the main pushing joint in the rear court was ankle. When lower extremity have correct pushing direction and peak pushing off force within 0.3 sec, the players will have a better hit back in badminton competition.. Key words：footwork, reaction time, lower extremity stiffness. iv.

(6) 謝誌. 時光荏苒，進入運動生物力學領域已有九年的時間，至今博士論文得以順利完成，最感謝的就是領我入門也是陪伴我一路走來的指導教授--蔡虔祿博士。在這段期間，老師除了不斷的給予我支持與鼓勵外，還帶我出國發表，拓展我視野，讓我在學術研究上有更寬廣更多元的思維。此外，老師在我研究的過程中無私的教導、解惑及大力的幫忙，才讓我完成了多年來自己想做的研究內容，而這些點點滴滴都讓我感激不盡、銘記在心。其次，我要感謝我的口試委員黃長福教授、林德嘉教授、相子元教授、何維華教授，於撰寫論文期間給予我寶貴的建議，讓我能將論文修改得更完備，有更明確的研究方向。還有實驗期間，幫我打理一切事務及協助我進行實驗的志岳、任佑、裕元、耀毅，若沒有你們犧牲自己的休息時間來幫我，單憑我一人之力，恐無法完成這項研究。而在我的工作崗位上，感謝張國恩校長、仕偉、尚賢、珈菱、珮慈、金珮等老師的鼎力相助，得以減輕我在教學工作上的壓力及負擔。再者，我要感謝我親愛的家人，在我進修的期間，除了在精神上支持我外，在有時遇到忙碌而無法照顧孩子的時侯，你們總是不辭勞苦的幫我看顧他們，讓我能安心並全心全力的完成我的學業。最後，我要感謝我最堅強的後盾-摰愛的老婆佳娥，謝謝妳這幾年來無怨無悔的支持與體諒，沒有妳的鼓勵，沒有你的包容，我達不到今日的目標。我知道這些年來妳相當辛苦，謝謝你在我進修期間幫忙家中的一切大小事務，讓我好不容易能走到人生的另一階段。謹將本論文獻給所有關心我、幫助我的人，再次獻上我最真誠的謝意。薛尹彰謹誌於國立台灣師範大學體育學系研究所中華民國一○四年六月三十日. v.

(7) 目次. 口試委員與系主任簽字之論文通過簽名表 ............................................................................. i 中文摘要 .................................................................................................................................... ii 英文摘要 ................................................................................................................................... iii 謝. 誌 ........................................................................................................................................ v. 目. 次 ....................................................................................................................................... vi. 表. 次 ..................................................................................................................................... viii. 圖. 次 ....................................................................................................................................... ix. 第壹章緒論 ....................................................................................................... 1 第一節研究背景 ............................................................................................................ 1 第二節問題背景 ............................................................................................................ 2 第三節研究目的 ............................................................................................................ 4 第四節研究假設 ............................................................................................................ 4 第五節名詞操作性定義 ................................................................................................ 5 第六節研究範圍 ............................................................................................................ 8 第七節研究限制 ............................................................................................................ 9. 第貳章文獻探討 ............................................................................................. 10 第一節反應時間 .......................................................................................................... 10 第二節啟動步的運用 .................................................................................................. 14 第三節牽張-收縮循環和下肢勁度............................................................................. 16 第四節羽球下肢傷害及步法的相關研究 .................................................................. 20 vi.

(8) 第參章研究方法步驟 ..................................................................................... 23 第一節研究對象 .......................................................................................................... 23 第二節實驗時間及地點 .............................................................................................. 23 第三節實驗儀器及設備 .............................................................................................. 23 第四節實驗場地及佈置 .............................................................................................. 24 第五節研究架構 .......................................................................................................... 26 第六節實驗流程 .......................................................................................................... 27 第七節資料收集 .......................................................................................................... 29 第八節資料處理 .......................................................................................................... 32 第九節統計分析 .......................................................................................................... 38. 第肆章結果 ..................................................................................................... 39 第一節動作時機 .......................................................................................................... 39 第二節重心的變化 ...................................................................................................... 43 第三節前啟動期和動作期之左、右腳地面反作用力比較 ...................................... 52 第四節動作期之下肢勁度及推蹬腳水平地面反作用力之比較 .............................. 56 第五節啟動期左、右腳推蹬之關節貢獻度 .............................................................. 58. 第伍章討論與結論 ......................................................................................... 64 第一節討論 .................................................................................................................. 64 第二節結論及建議 ...................................................................................................... 71. 引用文獻 ............................................................................................................. 73 vii.

(9) 表次. 表 3- 1 反光球黏貼位置表.................................................................................................... 30 表 3- 2 肢段之質量百分比、質心百分比及三維解剖軸之轉動慣量................................ 35 表 4- 1 羽球啟動步法開始下蹲時的重心變化 (N=8) ........................................................ 43 表 4- 2 羽球啟動步法下蹲達重心最低點時的重心變化(N=8) .......................................... 44 表 4- 3 羽球啟動步法於餵球者擊球瞬間的重心變化(N=8) .............................................. 45 表 4- 4 羽球啟動步法輕跳離地瞬間的重心變化(N=8) ...................................................... 46 表 4- 5 羽球啟動步法輕跳騰空時期的重心變化(N=8) ...................................................... 47 表 4- 6 羽球啟動步法於輕跳後著地瞬間重心變化(N=8) .................................................. 48 表 4- 7 羽球啟動步法之推蹬腳最大發力時的重心變化(N=8) .......................................... 49 表 4- 8 羽球啟動步法之第一步離地瞬間重心變化(N=8) .................................................. 50 表 4- 9 羽球啟動步法之前啟動期左、右腳最大地面反作用力出現時機及各分量比較表 (N=8) .......................................................................................................................... 52 表 4- 10 羽球啟動步法之前啟動期左、右腳之平均發力及總衝量之比較表(N=8) ........ 53 表 4- 11 羽球啟動步法之動作期最大地面反作用力出現時機及各分量比較表(N=8) .... 54 表 4- 12 羽球啟動步法之動作期左、右腳之平均發力及總衝量之比較表(N=8) ............ 55 表 4- 13 羽球啟動步法之啟動期下肢勁度、推蹬腳最大水平地面反作用合力比較表(N=8) .................................................................................................................................... 56 表 4- 14 羽球啟動步法之左腳髖、膝、踝關節在 X、Y、Z 方向的作(正)功的大小及比例 (N=8) .................................................................................................................... 61 表 4- 15 羽球啟動步法之右腳髖、膝、踝關節在 X、Y、Z 方向作(正)功的大小及比例(N=8) .................................................................................................................................... 62. viii.

(10) 圖次. 圖 1- 1 羽球場地區域圖.......................................................................................................... 5 圖 1- 2 右前場上網步法........................................................................................................... 5 圖 1- 3 左前場上網步法.......................................................................................................... 5 圖 1- 4 右中場側移步法.......................................................................................................... 5 圖 1- 5 左中場側移步法.......................................................................................................... 6 圖 1- 6 右後場後退步法.......................................................................................................... 6 圖 1- 7 左後場後退步法........................................................................................................... 6 圖 1- 8 動作分析範圍圖.......................................................................................................... 8 圖 2- 1 Schmidt 訊息處理的三階段模式 .............................................................................. 11 圖 2- 2 反應時間圖................................................................................................................ 11 圖 3- 1 實驗場地配置圖........................................................................................................ 25 圖 3- 2 研究架構圖................................................................................................................ 26 圖 3- 3 反光球黏貼位置圖.................................................................................................... 29 圖 3- 4 骨盆座標圖................................................................................................................ 32 圖 3- 5 大腿座標圖................................................................................................................ 32 圖 3- 6 小腿座標圖................................................................................................................ 33 圖 3- 7 腳部座標圖................................................................................................................ 33 圖 4- 1 前啟動期開始下蹲時機圖........................................................................................ 39 圖 4- 2 前啟動期重心開始上升時機圖................................................................................ 40 圖 4- 3 輕跳離地時機圖........................................................................................................ 40 圖 4- 4 輕跳後著地時機圖.................................................................................................... 41 圖 4- 5 動作期推蹬時機圖.................................................................................................... 42 圖 4- 6 動作期跨步離地時機圖............................................................................................ 42 ix.

(11) 圖 4- 7 羽球啟動步法之左、右腳關節總作功比較圖......................................................... 58 圖 4- 8 羽球啟動步法之左、右腳關節作功貢獻度比較圖................................................. 60. x.

(12) 第壹章. 緒論. 第一節研究背景羽球運動是亞洲最受歡迎也是國內相當興盛的運動項目之一，但它也是一項具有高度對抗性的運動，其競賽的主要特徵為攻守節奏快，以國際單打賽為例，每拍來回的平均時間約為 0.92~1.18 秒，每回合平均時間為 8 秒；在戰術的使用上，男單以下壓進攻為主，而女單則因體力和速度上的考量，主要以守中待攻為主(凃國誠，2007a)。因此，為了要因應在極短時間下來回攻防，並兼顧失誤率及穩定性的比賽條件，現今羽球技術正朝「技術全面、主動攻擊、攻守均衡、快速致勝」為目標，並強調以「主動、快速、狠準」為羽捄技術之最高指導原則(周財勝、盧正崇，2005)。而要達到上述快、狠、準的技術，除了要具備擊球瞬間的各種擊球技術外(手法)，首先就要具有準確而快速移動到位的步法，所以步法才是羽球運動最重要的基礎技術（涂國誠，2007b，張博、邵年，2002）。成功的步法則需具備四個部分，即啟動快、移動迅速、到位準確與回動快(俞繼英，2001)。不過在羽球競賽的過程中，其步法的種類及其運用是相當繁複的，但若想要競賽時讓步法的運用更有效率，正確又迅速的啟動是一個相當重要的前提。根據涂國誠(1999，2007b)及 Tony Grice(2008)對於羽球啟動步法要領的陳述，首先，於中心準備站位時，右腳稍前，兩腳與肩同寬或略寬，身體重心置於兩前腳掌中間，其次，視對手擊球瞬間預先做一原地輕跳啟動，而這個啟動包含了兩個階段(黃貴樹， 2007)，一是下蹲跳(counter movement jump, CMJ)的過程，二是深跳(drop jump, DJ)的過程，最後，利用這二個階段來輔助啟動，以造成下肢肌肉的伸張 -收縮反覆循環 (stretch-shortening cycle, SSC)，再配合對手擊球的方向同時推蹬身體(涂國誠，2007b)，並使得後續的步法能迅速、順暢的實施。雖然啟動步法的要領有相當多的羽球書籍都有提及(平川卓弘、胡小藝，1995；涂 1.

(13) 國誠，2007b；張博、邵年，2002)，但對很多初學者甚至是選手來說，準備或啟動時的下肢發力、輕跳的時間點掌握、重心的變化…等因素，都是造成啟動失利，而導致被動擊球的因素，如何克服這些因素的影響，也是需要我們再深入探討的部分。. 第二節問題背景從實際的比賽觀察中發現(涂國誠，2007a)，競賽中每拍來回的平均時間約為 1.2 秒，在這短暫的 1.2 秒中，選手若要達到有效的移位、回擊及防守，首先就是要有一個正確又迅速的啟動；若沒有好的啟動，則會增加後續的位移及擊球動作困難度，而使選手處於不利的比賽狀態，由此可知，羽球的啟動是所有羽球技術中最基本、最重要的一環。為了要因應這種快節奏的運動競賽，在羽球的啟動技術上，最重要的就是選手能對於一個特殊刺激(對手的擊球)時，身體能馬上做出改變速度及方向的能力，簡單的來說，這個能力就是「敏捷性」(Sheppard & Young, 2006；Baechle & Earle, 2000)。而影響敏捷性的因素，其包含兩大類，一是認知決策，二是改變方向的速度。在認知決策方面又包含了視覺搜索、預測、判斷和經驗。在改變方向速度方面則包含了技術(步伐的預備位置、身體傾斜及姿勢、步伐加減速的調整)、腿部特性、直線衝刺加速(Young & Farrow, 2006)。在認知決策的實徵研究中，Chin et al.（1995）針對羽球選手賽場步法移動的敏捷性觀察發現，選手移位慢的主要因素起因較長的反應時間，而且層級較高的選手有較快的反應時間(Loureiro Jr, & Freitas, 2012；Bankosz, Nawara, & Ociepa, 2013)。但影響這些反應及動作時間的因素，有刺激-反應相容性、對刺激的預期、球速…等諸多的因素(林耀豐，1996；Magill, 2007., Owings, Lancianese, Lampe, & Grabiner, 2003)。不過這些實驗均是透過良好的控制變項所得出來的結果。本研究較為好奇的是，若透過較高的生態效度來實驗，在實際的賽場上選手對於不同反應相容性的球路、球速下，他們的反應時間和動作時間是否會和透過較嚴密控制變項實驗所得出來的結果相同？若可瞭解這些因素在實際比實中對反應時間和動作時間的影響程度如何？便可在訓練上做更實際的設計及應用。. 2.

(14) 在啟動改變方向速度上，目前我們了解到的要件，除了涂國誠 (2007b)、黃貴樹 (2007) 提出利用下肢肌群 SSC 的作用來增加啟動的速度外，還有步伐的預備位置、姿勢 (Young & Farrow, 2006)、下肢勁度 (leg stiffness)及下肢推蹬的運用。要有效率的利用 SSC 機制，就必需有三個基本的條件，一是在肌肉離心收縮期前，肌肉預先激發 (preactivation)的時機；二是短而快的離心收縮期；三是肌肉伸張期(離心期)和收縮期(向心期)的快速傳遞(Komi，2008)，所以輕跳的時間點、快速的離心動作很重要。而在預備位置及姿勢上，好的預備能使重心達到最快速及有利的移動，在啟動前的準備動作是否會因球路的不同或是因前線索的判斷(Williams, Ward, Knowles & Smeeton, 2002)而有所對應？最後是在下肢的推蹬運用上，增大的下肢勁度，有利於動作速度的表現 (Arampatzis et al., 1999)，翁梓林(2000) 在短距離起跑一文中，提及後腳的推蹬力量較容易傳遞身體向前的水平力量，網球的開跳步中(split step)亦有提及主要推蹬腳的運用。但羽球啟動時的方向結合了上述兩種運動的移動特性，除了前後外，尚有左右方向，要如何推蹬來使身體達到最快速的水平移動，是目前尚待探討的一個問題。目前針對羽球運動的下肢研究中，生物力學方面有 Tsia, Yang, Lin, Hung, & Chang (2006) 對羽球殺球動作的下肢肌電參數做分析；Kuntze, Mansfield, & Sellers, (2010)對三種不同的弓箭步法做力學分析；施榮展、翁梓林、林武城、邱鈺烘 (2005) 針對羽球選手上網步法的最後一步跨步動作做探討以及黃貴樹 (2007)對羽球啟動步法所做的研究。傷害方面，則發現羽球傷害多集中於下肢，尤其是膝和踝的部分，且傷害的成因以過度使用、拉傷、扭傷比例最高(Shariff, George, & Ramlan,2009; Martin, 2009; 劉于詮， 2008)，傷害發生最頻繁的關鍵時刻多為輕跳著地後，連接後續動作的時間點(許太彥， 2003)，再加上快速變換方向的情形，常常造成下肢關節的額外負荷，而形成非碰撞性的的關節傷害(Besier, Lloyd, Ackland, & Cochrane, 2001a; Besier, Lloyd, Ackland, & Cochrane, 2001b )。在這些研究中，多數是針對步法中制動、回動的分析及傷害的部分來做探討。在啟動步法的部分，只有黃貴樹(2007)的研究，但可惜的是該研究只針對前場啟動的部分來探討，且在實驗的情境設計上，選手是依訊號燈指示的方式模擬啟動，所以在生態的效度上稍嫌薄弱，若是以更接近實際比賽的情境測驗，參數的表現上是否 3.

(15) 會因此而不同，亦是值得驗証的部分。總結上述，羽球選手啟動步法是羽球技術中相當重要的一環，但在目前的研究結果裡，對於羽球啟動步法技術的探討，僅限於教學書籍上的陳述，而一些關鍵性的要點，如啟動前的準備動作、選手實際的反應時間，下肢推蹬的運用…等問題，仍缺乏科學上的印證及討論，倘若我們可釐清這些問題對選手的影響，相信對於羽球在動作技術、訓練的方法上，都可提供不少的參考資料，以提升訓練的成效。. 第三節研究目的一、探討不同擊球位置的啟動，受試者在前啟動期雙腳最大地面反作用力的大小、出現時間及重心變化上的差異。二、探討不同擊球位置的啟動，受試者在啟動的輕跳時機、輕跳動作型態上的差異。三、探討不同擊球位置的啟動在動作期間，受試者在下肢勁度，左右腳最大地面反作用力出現的值與時間、推蹬腳最大水平推蹬力及下肢各關節作正功比例的差異。四、探討不同擊球位置的啟動，受試者在反應時間及整體反應時間上的差異。. 第四節研究假設一、受試者在啟動前期，會因不同的啟動方向，而有不同的最大地面反作用力值、出現時間及重心變化。二、受試者在不同球路的啟動，啟動步法的輕跳時機及重心變化有差異。三、受試者在不同球路的啟動下，啟動步法的下肢勁度、左、右腳的發力情形及下肢各關節作功的比例有差異。四、受試者在不同球路的啟動下，反應時間及整體反應時間有差異。. 4.

(16) 第五節名詞操作性定義 (一) 前場：從球網前 0.5m 至發球線後 0.5m 之間的區域，稱做前場(圖 1-1)。 (二) 中場：從前發球線後 0.5 m 到雙打後發球線前 0.5m 之間的區域，稱做中場(圖 1-1)。 (三) 後場：從雙打後發球線前 0.5m 到底線之間的區域稱做後場(圖 1-1)。. 前. 球網. 中. 後. 場場. 場. 圖 1- 1 羽球場地區域圖. (四) 前場上網啟動步法：圖 1-2 為右前場上網步法，動作為輕跳著地後，左腳先朝擊球方向墊步，接著右腳再跨步擊球的啟動步法，。. 2. 1. 圖 1- 2 右前場上網步法. 1 圖 1-3 為左前場上網步法, 動作為輕跳著地後，轉身並以右腳. 2. 朝擊球方向跨步的啟動步法。. 圖 1- 3 左前場上網步法. (五) 中場兩側啟動步法圖 1-4 為右中場側移步法，動作為輕跳著地後，先以左腳朝擊球方向墊步，再以右腳跨步擊球的啟動步法。. 1. 2. 圖 1- 4 右中場側移步法 5.

(17) 1. 圖 1-5 為左中場側移步法；動作為輕跳著地後，轉身並先以右腳朝擊球方向跨步的啟動步法。. 圖 1- 5 左中場側移步法. (六) 後場退後啟動步法圖 1-6 為右後場後退步法，動作為輕跳著地後，先以左腳朝擊球方向墊步，右腳再跨步的啟動步法。 1. 2. 圖 1- 6 右後場後退步法. 圖 1-7 為左後場後退步法，動作為輕跳著地後，先以右腳朝擊球方向轉跨第一步的啟動步法，擊球方式是以正拍繞頭方式來擊 2. 1. 球。. 3 圖 1- 7 左後場後退步法. (七) 推蹬腳：啟動輕跳著地後，在啟動期中，有較大的平均地面反作用力及最大地面反作用力的作用腳，稱之為推蹬腳。 (八) 跨步腳：啟動輕跳著地後，先跨出步法的腳，稱之為跨步腳。 (十一)整體反應時間：餵球者擊球瞬間到受試者啟動跨出第一步離地瞬間所需的時間。 (十二)反應時間：餵球者擊球瞬間，到推蹬腳主動發力有最大地面反作用力出現的時間。 (十三)下肢勁度：輕跳著地後，兩個力板垂直地面反作用力的最大合力值(公式 1)，除以從著地瞬間到兩個力板產生垂直地面反作用力出現最大合力時的重心位移量(公式 2)。 6.

(18) GRFZmax =. F1z. + F 2z. …… (1). ∆ Z =重心高度(著地瞬間) – 重心高度 GRF max. …… (2). Kstiffness = GRF max / ∆ Z 註： F1z：第一塊力的板垂直地面反作用力。 F2z：第二塊力的板垂直地面反作用力。 GRF Zmax：兩個力板垂直地面反作用力的最大合力值。. (十四)關節貢獻度(joint contribution)：下肢各關節，在啟動期的所做的總正功(positive work)，也就是總產能，占下肢三個關節總產能之和的百分比 (L. F. Teixeira -Salmela et al., 2008)。 =. +. +. =. 註：. /. ：關節總產能. ；. ：下肢總產能. ：關節相對於下肢產能的貢獻度. 7.

(19) 第六節研究範圍本研究主要探討選手在隨機的情形下，左左前場、右前場、左中場、右中場、左後場、右後場的六個擊球位置啟動步力學參數的比較，其包含了選手的動作時機、反應時間，下肢各關節的運動學、動力學分析。動作擷取的範圍如圖 1-9，從受試發球，即警告訊號開始，至餵球者擊球瞬間的階段定義為反應前期，主要探討受試者重心變化及雙腳在地面反作用力上的分配情形。餵球者擊球瞬間到推蹬腳出現最大地面反作用力時為反應時間，到跨步腳離地瞬間，為整體反應時間。而啟動的動作分期如下：從重心開始下降到雙腳離地瞬間為前啟動期；雙腳離地到著地瞬間為離地期；著地瞬間到跨步腳離地瞬間為動作期。推蹬腳最大地受試者發球. 餵球者擊球. 面反作用力. 跨步離地瞬間. 預備信號. 開始信號. 發動反應. 動作完成. 反應前期. 反應時間. 動作時間. Fore period. Reaction time. Movement time. 整體反應時間 Total response time 前啟動期. 動作分期. 離地期. 啟動期重心開始. 雙腳離地. 下降. 瞬間. 動作期. 著地瞬間. 跨步離地瞬間. 圖 1- 8 動作分析範圍圖. 8.

(20) 第七節研究限制本實驗是以規定的步法啟動擊球，選手使用的步法可能和其在真實比賽時有所差異。最後是餵球者的位置，為減少餵球時，對於左右兩側因球飛行距離所造成的變異，所以餵球的位置是在球場後場的中央，而非一般比賽中較常出現的後場兩側。. 9.

(21) 第貳章. 文獻探討. 本章主要是探討於本實驗羽球啟動步中想探討議題的相關文獻，就此主要分成四部分來討論，茲分別敘述如下：第一節、反應時間第二節、啟動步的運用第三節、牽張-收縮循環與下肢勁度第四節、羽球下肢傷害及步法的相關研究. 第一節反應時間反應時間(reaction time)和決策效果是技能表現的重要測量方法(林清和，1996)，在節奏快速的羽球競賽中，若有較快的反應時間，不但可使選手提早啟動，亦可使步法在下肢 SSC 的作用上更加流暢，而增加蹬出的速度及力量，達到先發制於人的效果，所以反應時間對於羽球啟動步法上有絕對的影響。而關於這個議題，本節主要分為二個部分來做探討：(1)針對反應時間的相關理論(訊息處理模式及反應間)來做探討；(2)影響反應時間的因素及運動上反應時間的相關研究。 (一) 反應時間的相關理論：林清和(1996)說明 Schmidt 以運動控制的觀點解釋個體在刺激和反應間，訊息處理的過程(訊息處理模式)，其包含三階段(如圖 2-1)： 1．刺激確認：利用感官系統接收來自環境中的訊息，而本階段又包含了刺激偵測歷程：即環境中刺激傳入個體後，必須由感管刺激轉換成神經衝動，傳至大腦形成知覺的認知歴程。型態辨認歷程：即個體利用有關此型態的過去知識與經驗等兩個條件來辨認訊息的型態是什麼？ 2．反應選擇：根據刺激確認階段所提供的外在環境刺激，及記憶中的經驗做為參考值，再決定引發何種反應。 3．反應程式：選擇完適當的反應後，先在腦幹和脊椎組成一個運動系統，即從長 10.

(22) 期記憶庫中提取並組織一個運動程式(Henry-Rogers 的記憶鼓理論、 Adams 的閉鎖環理論、Schmidt 的基模理論、Medin 和 Schaffer 的特殊範本模式)，來引導肌肉做有順序及適當的收縮，以完成最佳動作表現。. 刺激輸入. 刺激確認. 反應選擇. 反應程式. 刺激偵測型態辨認. 動作輸出. 記憶鼓理論閉鎖環理論基模理論特殊範本. 圖 2- 1 Schmidt 訊息處理的三階段模式(摘自運動學習程學，林清和，1996). 人體對於訊號刺激反應的過程就如圖 2-2，警告信號為一預備訊號，來提醒並增加受試者的注意力；接著為開始信號，即刺激開始；從開始信號到身體開始發動反應的時間即為反應時間；但從動作開始到動作完成則稱之為動作時間。而整體的反應時間為信號開始到動作完成的時間，也就是反應時間和動作時間的加總。參考胡名霞 (2006)動作控制與學習一書中提到，一般來說，簡單的「刺激-反應」的實驗中的反應時間約在 160~212 毫秒；若是刺激和反應不只一種時，反應時間就隨著刺激-反應的配對數目而增加，這也就要根據亥可定律(Hick`s Law)來解釋。不過若刺激和反應配對自然的狀態下，其反應時間約莫 220 毫秒，不符合亥可定律。但若刺激和反應配對不自然，則反應時間就會符合亥可定律。警告信號. 開始信號. 發動反應. 動作完成. 反應前期. 反應時間. 動作時間. Fore period. Reaction time. Movement time. 整體反應時間 Total response time 圖 2- 2 反應時間圖 (摘自運動學習程學，林清和，1996). 11.

(23) (二) 反應時間影響因素除了上述的刺激-反應配對數目外，會影響反應時間的因素還有那些呢？根據 Magill (2007)及林淑親、林耀豐(2007) 綜評性研究中均提到不少因素，而林淑親和林耀豐並詳細的將影響反應時間的因素主要分為三類： 1. 測試執行前個體因素：其包含目標形式、預期、訓練、測試項目練習量熱身、喚醒水準、劇烈運動及疲勞 2. 實驗設計影響因素：其包含反應選擇數目、反應相容性、反應複雜性、反應前期、刺激形式、不同反應部位 3. 實驗參與者生理因素：其包含遺傳、年齡、性別、攝取營養、疾病雖然影響反應時間的因素很多，但很多因素是在實驗室中嚴密的控制變因下所探討出來的。若在實際的運動的表現上，那些是影響反應時間的主要因素呢？首先是「選手技術程度」差別的因素， Hua Jin et. al.(2011)曾利用腦波針對不同層級的選手來測驗，發現到預期和選手的專精程度有密切關聯，不過對選手的技術程度對於簡單反應時間及反應時間上的研究，並無一致性的結果，雖然在大部分的研究中，仍是級別較高的選手有較快的反應時間(Mori, Ohtani & Imanaka, 2002；Loureiro Jr, & Freitas, 2012；Bankosz, Nawara, & Ociepa, 2013)，但還是有些研究有相反的結果，而這可能和受試者程度間的差異大小(黃昊昀等，2010)，還有測驗反應時間的項目是否和所從事運動的關聯性有關，例如：洪聰敏與豐東洋 (2003)，利用事件關連電位 (event-related potential, ERP)，探討運動員和非運動員在區辨反應業和 strop 反應作業下的反應時間和反應正確率，表現均無顯著差異，其結論會造成此結果是因這個刺激型態對二組受試者均是新奇且陌生的經驗，運動員不具「運動特殊性」，故造成二組的表現無差異。其次是在選擇反應時間及反應正確率上的結果，級別高的選手則有較快的選擇反應的時間；但在反應正確率上確無一致性的結果 (Mori et. al.,2002 ; Williams, Ward, Knowles, & Smeeton，2002)。在動作時間方面，黃昊昀等(2010)對空手道國家隊和甲組選手的研究中發現，二個級別的選手在只在動作時間上達到差異，但 Loureiro Jr 與 Freitas (2012)，針對國家隊羽球選手和次級的羽球選手以慣用手觸擊目標 (target pointing task) 的方式 12.

(24) 所測，二個級別的選手在動作時間上，並無差異，所以在動作時間上呈現不一致的結果。不過這兩個研究在測量動作時間的部分，因動作的範圍差異甚大，是不是因為動作範圍差異，而造成其動作時間上的結果不同，仍需進一步的探討。由上述的討論，可發現反應時間，反應正確率及動作時間，在不同層級的選手比較中，會受到測量方式、選手程度及測量動作範圍的大小而產生不同的結果。其次是「刺激-反應相容性」，根據文獻，部分實驗結果為有相容性的刺激而有較快的反應時間(蘇韋丞、林耀豐，2006；Brown, Delong, Brown, & Reld, 1995)，但在另一部分的研究(林耀豐、林清和，1996；詹建人，2013)，卻呈現不一樣的結果。在反應時間的定義中，，蘇韋丞與林耀豐(2006)是以發球者發球瞬間至受試者腳離開接發球瞬間來定義；林耀豐與林清和 (1996)是用發球者擊球瞬間到受試者腳離地瞬間來定義反應時間；。測量反應時間的方式有兩組是以手部的動作來定義，即 Brown 等(1995)是利用電腦游標接球的測試方式來定義，而詹建人是以測量手部三角肌的肌電(EMG)變化來測量反應時間。其他兩組則是以腳部離地方式測量，但所得的結果卻都不相同，所以在刺激 -反應相容對於反應時間的影響上尚未有一個明確性的結果。在動作反應時間及整體反應時間上，大部分的文獻顯示在反應相容的變項上是無顯著差異的，只有在林清和與林耀豐(1996)有差異，這可能是因為這個實驗所設定移動的距離較遠(2.745 公尺)，在移動的過程中身體的動作變異較大，例如向左跑是否比向右多了轉身起步的動作，選手的習慣…等，所以在動作反應時間上是否受到這些因素的影響，仍需做進一步的探討。最後是「球速」的部分，而這個變項在研究中的結果均呈現一致性的結果(劉鎮國， 2001；Owings, Lancianese, Lampe, & Grabiner, 2003；Tu, Lin, & chin, 2010)，即球速越快，則反應時間和動作時間則會越快。由上述文獻可發現在運動的測驗項目中，較高級別的選手，可能會有較佳的反應時間、選擇反應時間或動作反應時間，不過仍會受到測量方式、選手程度及測量動作範圍的大小影響。刺激-反應相容性在反應時間影響上並無一致性的結果，但在動作反應時間及整體反應時間上，大部分的文獻顯示是無顯著差異的。而球速對反應時間及動作時間的影響是有一致性的結果，即球速越快，動作及反應時間越快。 13.

(25) 第二節啟動步的運用啟動步在網球運動上的研究已行之有年，但在球速及比賽節奏更勝網球的羽球，仍相當缺乏科學的研究，目前在網球的啟動步的研究中，主要在探討啟動時的輕跳的時機、落地的時機，有無輕跳對反應時間、啟動速度的影響，還有下肢發力情形等方面來著墨，以下依序討論。在輕跳的時機，Uzu, Shiny, 與 Oda (2009)利用燈號指示方向，在亮燈時機確定但方向不確定的情況下(know when not where)，測驗選手在何時起跳，Uzu 等(2009) 發現輕跳的時機是在方向指示指亮後 28 ± 134 ms 跳起，因標準差大於平均值，所以表示有些受試者是在燈亮前就起跳，起跳後重心上升的高度為 0.09 ± 0.05 m，著地時間為方向燈亮後 180 ± 89 ms，比 Nieminen, Piirainen, Salmi 與 Vesa Linnamo (2014)以類似方法所測得的時間 208 ± 96ms 稍短。不過兩篇文獻皆提出，在有輕跳的情形下，對於啟動的速度有所助益。在反應時間方面，Uzu 等(2009) 發現其反應時間為方向訊號開始後 224 ± 73 ms。但在對於反應的正確率方面，Uzu 等.(2009)及 Nieminen 等 (2014)皆提出，著地的時機是一個關鍵，在 Uzu 等(2009)的實驗中發現，輕跳後較早的著地時機，啟動快但是失誤率偏高(7.8%)，原因是判斷的時間不足，而造成著地時受試者的重心放在錯誤的腳上而造成的；在適當的時機著地，判斷的時間充足，則失誤率低(0.8 %)，啟動時機中等；若太晚著地，啟動時機慢，失誤率約為 1.1%。所以在最好的損益比(risk-benefit ratio)的情況下，Uzu 等(2009)和 Nieminen 等(2014)建議著地時機是在方向訊號發出後 180 ms~200 ms 為最佳。最後是在下肢的發力情形，如同百米賽跑的啟動推蹬，翁梓林 (2000)在短距離起跑一文中，提及後腳的推蹬力量較容易傳遞身體向前的水平力量。在網球開跳步的研究中 (Uzu et al., 2009；Marko et al., 2014)，發現開跳後的啟動推蹬，兩腳間的壓力中心(centre of pressure, COP)，會在跨步腳離地前，移至推蹬腳，即目標方向的反側腳。而 Tateuchi et al. ( 2006) 在側向移動的步法研究中，亦發現同樣的情形，即壓力中心(COP)會在前導. 14.

(26) 腳 (leading leg)離地前，移至支撐腳(support leg)，即移動方向的反側腳。由上述的文獻討論指出，輕跳後的落地時機會影響啟動方向的判斷，重心擺放的位置，是啟動的重要因素，不過本實驗的設計是由選手餵球，不同於文獻中時機確定但方向不確定的狀況，所以在情境不同下，起跳時機，落地時機是否有所不同？其次在推蹬時，壓力中心的移動，也顯示了主要推蹬腳會為目標方向的反側腳。但羽球的步法相對於網球又較為複雜，所以在推蹬時，推蹬腳是否會和網球的相同，仍有待研究。. 15.

(27) 第三節牽張-收縮循環和下肢勁度 SSC 的機制運用(Komi,1992)能增加運動表現。而羽球的啟動步法中，也利用這樣的機制(涂國誠，2007；黃貴樹，2007)來增加啟動的速度，除了 SSC 外，下肢勁度(stiffness) 也是另一項影響運動表現的因素。而本節主要在探討 SSC 作用的機制及動作特性，及下肢勁度對運動表現的影響：一、SSC 的機制 SSC 之所以會有效使力量增加，造成較大的爆發力的機制，主要是肌肉在機械性質的表現上，彈性位能的儲存及釋放，及神經肌肉牽張反射共同作用(komi,2006) 的結果，其作用方式詳述如下： (一)物理(機械)機制根據 Hill (1970)所提出的肌肉模型，其將肌肉分為串聯彈性成分(series elastic element , SEE)，即肌肉中的肌腱部分；並聯彈性成分 (parallel elastic element , PEE)，即肌肉中的肌外衣、肌束衣、肌內衣及肌纖維膜等；收縮成分 (contractile element , CE)，即肌肉中的肌動蛋白、肌凝蛋白和橫橋的部分。而 SSC 在此機制下作用的解釋為，在離心收縮期時，肌肉和肌腱被拉長，這時 SEE 就如同彈簧一般，開始儲存彈性位能，並在向心收縮期釋放出此位能來增加肌肉收縮的力量(Finni, Ikegawa, Lepola, & Komi, 2003；David, Potach, & Donald, 2000)，不過若伸展與收縮的時間若太長(超過 500ms)，則儲存的彈性位能將會轉換成熱能而消失(Viitasalo & Bosco, 1982)。 (二)神經生理的機制即生理上的牽張反射(Baechle & Earle, 2000)，肌纖維中的肌梭被快速的伸展時，肌梭會將衝動經 Ia 神經纖維傳入脊髓，再經 α-運動神經元傳出，使該肌纖維進行收縮以保護肌肉，使其避運過度伸展。而此反射機制再結合肌肉自主收縮的力量，就會增加力量的產生。不過若伸展後沒有緊接作出向心收縮，則此種反射的強化作用則會無效。. 16.

(28) 二、SSC 動作階段 (Baechle & Earle, 2000)： (一)離心收縮期：此期的作用肌處於前負荷(preloading)狀態，被動伸展時彈性位能開始儲存於肌肉中，且肌肉中的肌梭也因受到伸展的刺激，而將刺激訊號由 Ia 纖維送至脊髓。 (二)過渡(緩衝)期：肌肉離心至向心收縮的轉換期，時間為離心收縮的結束至向心收縮動作的開始，Ia 向心神經衝動傳至脊椎腹根與α運動神經元接合，再由α運動神經元將訊號至主動肌群。此階段是產生較大爆發力的關鍵所在，這段期間必須短暫，若緩衝時間太久，離心收縮儲存的能量則以熱階段的力量，的方式散失。 (三)向心收縮期：儲存在串聯彈性質中的彈性能釋放，增加向心收縮的力量使之超過單獨作向心收縮時所產生的力量，再者運動神經元刺激主動肌群，引起反射性的向心收縮。三、SSC 的類型 Schmidtbleicher (1986)根據作用時間，提出了兩種類型的 SSC ： (一)長 SSC：支撐時間長於 250ms 的動作，如排球的攔網起跳動作，其特色是下肢關節的角度變化大。 (二)短 SSC：支撐時間約在 100ms~250ms 之間的動作，如短距離衝次及跳遠起跳的支撐動作，特微是下肢關節角度變化較小。四、SSC 在動作運用上的特徵 Mark, Carl, 與 Rajesh(2000)發現牽張-收縮循環中離心期的肌梭向心傳導，有助於肌肉的收縮及神經傳導的同期化(synchronization of the neural drive)。Finni, Ikegawa,與 Komi(2001)發現較大的前負荷(pre-load)和離心動作，反而減少了肌纖維束長度的改變。並提出這可能和能量儲存的機制有關，等長收縮比向心收縮浪費較少的能量，同時讓肌腱可像彈簧一樣儲存彈性能。這表示在肌肉在做向心收縮前，使肌肉受到一個前負荷而形成離心一個離心的動作，能使肌腱在此期儲存彈性位能而使接下來的肌肉有較大的向心收縮。但是前負荷要多大，動作範圍要如何才能有較佳的位能儲存及運 17.

(29) 用呢？林政東與陳全壽(2000)，在對於兩種不同牽張幅度深跳練習的研究中發現，淺蹲跳法在離心階段產生較大的肌電振幅，而峰值出現的時間約為著地後 40ms，這一時間正好與單突觸牽張反射的時間相符；同時肌電振幅表示了不同運動單位在去極化階段疉加的結果，因此淺蹲跳法可以在相同時間內徵召較多的運動單位參與工作。另外，Moran 與 Wallance (2007) 也在離心受力大小和膝關節動作範圍對於垂直跳表現增強效果的研究中發現，在 SSC 中，離心期受力增加的情形下，小範圍的關節動作(knee flexion angle:70°)，會促使表現增強的情形更顯著。林政東、劉宇與林謙如 (2001)發現短範圍彈性勁度大於離心彈性勁度及離心彈性勁度大於向心彈性勁度的現象。淺蹲比深蹲跳法產生較大的短範圍勁度和離心勁度，離心末期力量，顯示淺蹲跳法能夠產生較大彈性能，具有較佳的傳導、儲存和做用彈性能的能力。但林政東與吳國輝 (2010)，在研究不同強度深跳動作的表現中發現，在 20cm、40cm、60cm 跳下高度控制下，所跳出的高度是沒有差異的，不過在偶聯發力率是隨跳下高度越高，呈反向發展，所以在前負荷和動作表現的關係上，越大的前負荷不一定有越好的表現。由此可知，要有一個較佳的位能儲存，適當的前負荷，小範圍的而快的關節動作，會造成較佳的位能儲存。此外， Finni 等(2003) 發現深跳動作的推蹬期中，造成整個肌肉單位 (muscle-tendon unit, MTU)高力量及速度的表現的原因，是來自於彈性質(肌腱)的長度快速的改變，而肌腱快速的回彈。並發現在力量-速度關係中，肌纖維在整個收縮期，力量輸出均無超過 Hill 所提出的曲線值。Moran 與 Wallance (2007)也發現過渡時間 (transition time) 和表現增強間有很重要的關聯。Ikegawa 與 Komi (2007)，快速的跑動下，會使更多的短潛反射的肌肉活動出現於推蹬期(push off phase)。所以在位能儲存完的利用，動作必需要快，才能配合到肌肉短潛反射的肌肉活動，而造成更大的收縮。五、下肢勁度和運動表現的關係除了 SSC 外，Larash 與 Zatsiorsky (1993) 提到勁度是肌肉骨骼系統在發力期有效率運用儲存彈性位能的結果。而勁度越大對於運動表現則有增強的現象，如 18.

(30) Arampatzis et al.(2001a,b)發現，在受試者深跳(drop jump)後的回彈速度越快，則有越大的下肢勁度；Arampatzis, Bruggemann, & Metzler (1999)評估跑步和 Kuitunen 等 (2002)針對衝次，都發現在跑動速度越快的情現下，下肢勁度也會跟著增加。羽球的啟動步法是利用 SSC 的機制在啟動前輕跳著地，使下肢獲得一個前負荷，並儲存位能，以利推蹬的動作，勁度則是在推蹬期運用此儲存位能的結果，所以在評估起動步法中，勁度是一個評估 SSC 利用程度的參數。六、小結：肌群 SSC 的運用是否恰當，主要在於適當的前負荷大小、小範圍的關節動作以造成較佳的位能儲存。而輕跳後落地的時間和對來球判斷的反應時間是相當重要的關鍵，適當的輕跳及著地時間，可能使肌肉有較適的牽張強度、幅度，而正確判斷來球的反應時間，也可能使肌肉離心至向心收縮的轉換不受干擾，幫助選手順利的啟動擊球。在 SSC 的運用程度上，可利用下肢勁度來判斷，六個不同方向的來球，若要成功的啟動，其下肢勁度大小是否有不同的需求？. 19.

(31) 第四節羽球下肢傷害及步法的相關研究從羽球傷害的調查研究中(Shariff, George, & Ramlan, 2009； Martin, 2009；劉于詮， 2008)我們不難發現，羽球的運動傷害的比例以下肢最高(占受傷比例的 43 % ~ 85 %)，而下肢受傷的部位中又以膝和踝最多，傷害的種類主要以扭傷為主，所以我在羽球的步法中，有那些步法是存在著較大的傷害風險呢？所以本節將提出和羽球步法相關或是類似羽球步法的實驗來討論，實驗內容陳述如下： Besier, Lloyd, Cochrane & Ackland (2001a)，利用高速攝影機(50Hz)和測力板 (2000Hz) 來收集在不同角度及步法切入下膝關節受力的情形，切入方式分為：二種角度(左側 30 及 60 度) 側向 (side-step) 切入、右側 60 度交叉步 (crossover) 的切入步和直線跑步四種型態，時間的分期是以力板資料為依據，主要分為體重支撐期 (weight acceptance, WA)，即腳跟著地到力板地面反作用力圖形的第一個波谷。最大推蹬期 (Peak push off, PPO)，即地面反作用力峰值的前後各 10%的期間。最後推蹬期(Final push off, FPO)，即支撐期的最後 15%的時間。其主要研究結果發現為：(1)內/外翻力矩方面：在 60 度側向切入的測驗項目中，於 WA 和 FPO 階段膝關節所承受的外翻力矩分別為同時期直線跑步所承受內翻力矩的 2 倍及 6 倍。而在交叉步切入的測驗項目中，膝關節在 WA 及 FPO 階段所承受的內翻力矩約為同時期直線跑步的 2 倍。在 PPO 階段，直線跑步和切入的步法均有顯著不同，不過此階段在內/外翻力矩上出現相當大的標準差，是因受試者間的膝關節受力出現了外翻、內翻力矩兩種不同的型態。(2)內/外旋力矩方面：在 WA 階段，側向切入的內旋力矩為直線跑步外旋力矩的 4 倍。在 PPO 階段，2 種側向切入的內旋力矩和交叉步切入的外旋力矩均為直線跑步的 5 倍。在實驗討論中，作者亦提到在非碰撞的膝韌帶傷害中，膝關節為了要抵抗較大的屈曲受力，其關節肌群會產生較大的伸展力矩，可能會在膝趨近伸直時產生一個脛前剪力，若再加上額外的內/外翻力矩及內/外旋力矩，都會對前十字韌帶及內、外側副韌帶造成不小的負擔。因此，側向切入、交叉步切入動作和直線跑步動作相較下，切入動作有較高的的內/外翻及內/外旋力矩，相對來說膝關節韌帶也承受了較高的傷害風險。. 20.

(32) Besier, Lloyd, Cochrane & Ackland (2001b)，測量預期和非預期的在不同角度及切入步法下膝關節受力的情形，發現在非預期的情形下，膝關節的內/外翻力矩和內/外旋力矩約為預期情形下的兩倍。而這些力矩的增加相對的也加重了膝關節韌帶的負擔，特別是在肌群沒有適當的作用的時侯。而作者也建議，若要預防韌帶的傷害，應從(a) 改變姿勢調整的技巧； (b)改善反應時間，以爭取在比賽中能有更多的時間來作動作上的調整；(c)視覺線索的利用，以增加準備動作的時間。 Besier, Lloyd, Cochrane & Ackland(2003)，探討預期和非預期的情況下，在不同角度及切入步法下，膝蓋周圍十條肌群(半膜肌、股二頭肌、縫匠肌、闊筋膜張肌、股薄肌、股外側肌、股直肌、內/外側腓腸肌)共同收縮的作用的情形，結果發現，在預期的情況下，中樞神經系統(CNS)改變了在側向及交叉步切入時肌肉作用的型態，而此現像，可從側向切入的測驗中，而膝關節正遭受外翻及內旋力矩時，內側肌群和股二頭肌被發現有明顯的激發，且收縮肌群和伸展肌群亦有共同收縮的情形來印證。在非預期狀態下，推論肌肉的共同收縮是主要穩定膝關節的策略，不過在些情形下，肌肉活化的程度只增加了 10~20%，這不禁令人懷疑，肌肉活化增加的部分，是否足以抵消在切入中膝關節所增加 70%的內/外翻、內/外旋力矩。因此，在非預期的情形下，關節力矩增加的幅度和肌肉共收縮所增加的幅度不符合的現象，可能在非碰撞膝韌帶害的病因學上扮演一個相當重要的角色。 Houck(2003)，探討在三種切入動作(下台階直線跑、下台階側向切入、下台階交叉步切入)下，下肢的股外側肌 (vastus laterails)、內/外側腿後肌群 (medial/lateral hamstring) 及內外側腓腸肌 (medial/lateral gastrocnemius) 的活化範圍及情形，以了解其對膝關節在切入動作時所扮演何種動作及角色。其結果發現在切入動作時，膝關節在受到額狀面和橫狀面的外力時，內/外側腿後肌群和內外側腓腸肌群是扮演穩定膝關節的重要角色，不過外側廣肌在這部分是較沒有關聯的。王智宏、涂國誠、邱宏達 (2007)，記錄羽球選手在前跨步、前大跨步、輕跳前跨與輕跳後退等動作的運動學及動力學參數，並以逆動力學(inverse dynamics)的方式計算阿基里斯腱力，藉此探討傷害發生的原因。結果發現前述四個動作中，最大阿基里斯腱 21.

(33) 受力分別為3,920、4,560、4,268、4,160 N，且發生的時間點多在踝關節由背屈轉為蹠屈時。這樣的動作在羽球中是常見的，也因此羽球選手之阿基里斯腱常需承受較大力量，而提高發生傷害的可能性。 Kuntze, Mansfield, 與 Sellers (2010)，研究羽球運動推蹬式(kick lung)；併入式 (step-in lung)；輕跳式(hop lung) 三種弓箭步步法在地面反作用力表現上的五個階段(初始撞擊峰值、第二撞擊峰值、償還期、支撐期、推蹬)，的下肢關節力矩峰值及功率峰值表現。結果發現併入式的弓箭步法，因為非慣用腳在支撐期時會往慣用腳收回，並在推蹬時幫助推蹬，可減少慣用腳肌群在推蹬時的作功，可能可減少肌肉疲勞的產生。此外在輕跳式的步法中，因在推蹬回動前，有一個輕跳的動作，以造成慣用腳的肌群得以利用 SSC (牽張-收縮循環)機制，而增加了回動的速度。由上述文獻的討論，我們發現，在橫向位移、突然改變行進方向的切入動作或是瞬間制動、啟動的步法，較易產生較大的內/外翻、內/外旋的關節力矩，而這些對於關節組織都會造成較高的傷害風險，而這些步法也都是羽球競賽中經常使用的。. 22.

(34) 第參章. 研究方法步驟. 本研究方法共分成九個部份來加以說明：第一節、研究對象；第二節、實驗時間及地點；第三節、實驗儀器與設備；第四節、實驗場地及佈置；第五節、研究架構；第六節、實驗流程；第七節、資料收集；第八節、資料處理；第九節、統計分析。. 第一節研究對象本研究以八名大專甲組男子羽球選手為受試者，均為右手持拍，並於半年內無下肢骨骼肌肉及神經系統傷害，平均身高：173 ± 3.6 cm，平均體重：68.1 ± 4.67 kg，平均年齡：21 ± 3 歲，平均球齡：10 ± 4 年。. 第二節實驗時間及地點實驗地點：國立台灣師範大學公館校區體育館。. 第三節實驗儀器及設備本研究實驗儀器及設備依照：一、資料收集儀器；二、資料處理軟體；三、場地設備一、資料收集儀器： (一)Vicon動作分析量測系統： 1. 8架紅外線高速攝影機(Motion Capture System, MX 13+，UK)：擷取頻率為 300Hz，收集黏貼於身體肢段的反光球在實驗室座標系統中的軌跡。 2. T-Wand校正棒(390mm)：於運動測量的範圍內，對高速攝影機進行動態校正。 3. L-Frame校正架：於運動測量的範圍內，定義實驗室X、Y、Z座標軸的方向 (二)測力板：兩塊90×60cm之三維測力板，型號分別為Kistler9287及AMTI5507，擷取頻率為1500Hz；兩台放大器。. 23.

(35) (三)Fastec高速攝影機：1架，擷取餵球者的擊球動作及時間，擷取頻率為300Hz. 二、資料處理及分析軟體： (一)Vicon Nexus 1.8版軟體：光點資料擷取，輸出C3D檔。 (二)Visual 3D 4.0版軟體：運動學參數及逆動力學參數的計算。 (三)HiSpec 1.0.3.1版軟體：高速攝影機專用軟體，擷取餵球者擊球動作。 (四)Kwon3D：球體飛行初速及角度的計算。 (五) SPSS 20版軟體：統計分析。三、場地設備羽球柱、羽球網(VICTOR C-7004A)、羽球(VICTOR CHAMPION B-01). 第四節實驗場地及佈置研究的場地佈置方式，佈置圖及說明如下：一、標準羽球場地、球網及球柱佈置(如圖3-2)。二、測力板緊貼於中線的兩側，並距前發球線1m處，設定擷取頻率為1500Hz。三、餵球區：於受試者的對面場地，距底線1.2m及中線左右各0.6m的正方形區域。四、餵球落點區：切球落點區：距球網0.5m，距左、右單打邊線1m，至前發球線後方0.5m的長方形區城1及2。殺球落點區：距左、右單打邊線1m，距前發球線後方0.5m，後發球線前方0.5m的長方形區城3及4。高遠落點區：距左、右單打邊線1m，後發球線前方0.5m至底線的長方形區城5及6。五、回球落點區：回擊切球及殺球落點區：長為從球網至前發球線，寬為距單打邊線1m處的長方形 A、B 區域。回擊高遠球的落點區：距左、右單打邊線1m，距前發球線後方0.5m，後發球線. 24.

(36) 0.5m的長方形區城C及D。. 高速攝影機餵球區. 1.2m 0.5m. 0.5m. 同步燈. 1.2m. D. C 0.5m. 0.5m 1m. 1m. A 球柱. 1m. B 0.5m. 0.5m. 1. 1m. 2 0.5m. 1m 0.5m 測力板. 3. 測力板. 0.5m. 4 0.5m. 5 紅外線高速攝影機圖 3- 1 實驗場地配置圖. 25. 6. 球網.

(37) 第五節研究架構本研究比較男子甲組羽球選手於成功擊球的狀態下，在六個方向的啟動步法差異，本研究之架構如上圖所示。啟動時機及下肢生物力學分析. 六個方向的啟動. 前啟動期. 左、右腳於前啟動期的總衝量. 重心最高高度、前後、左右水平速度. 重心上升、下降高度. 動作時機. 下肢勁度. 距擊球瞬間. 重心高度、前後、左右重心速度. 左、右腳最大地面反作用力出現時機. 左、右腳平均及最大地面反作用力. 左、右腳於起動期的總衝量. 左、右腳髖、膝、踝產能貢獻度. 左、右腳髖、膝、踝在. %. 方向的產能. 魏克森符號等級檢定弗里曼二因子等級變異數分析. 1、 2、 3、 4、. 啟動前期身體重心及下肢發力變化輕跳時機、動作型態啟動期左、右腳的發力及關節貢獻度反應時間和整體反應時間圖 3- 2 研究架構圖. 26. 推蹬腳膝、踝在 XYZ. 左、右腳平均及最大地面反作用力. XYZ. 左、右腳最大地面反作用力出現時機. ). ). 距擊球瞬間. 重心高度、前後、左右水平速度. (. (. 動作時機. 動作期. 離地期. 方向的力矩.

(38) 第六節實驗流程本節主要分為(1)實驗流程(2)餵球者動作要求(3)受試者動作要求，三部分來說明。一、實驗流程 (一)儀器校正：依場地佈置圖佈置完場地後，先確定儀器同步，接著進行測力板的校正，再以T-Wand校正棒在實驗動作的範圍內揮動，對8台紅外線攝影機進行動態校正，校正誤差值需在0.2mm以下；並以L-Frame定義實驗座標，最後是對2台高速攝影機校正及拍攝比例板。 (二)流程說明：請受試者填寫基本資料表及同意書，並向受試者說明研究內容、拍攝的動作流程、相關注意事項，且告知可隨時退出實驗。 (三) 實驗安全：聘請運動傷害防護員在旁待命，以協助可能發生的運動傷害防護。 (四) 受試者熱身：請受試者著緊身衣褲，並熱身10分鐘。 (五) 身體反光球的黏貼：全身共黏貼51顆反光球(如圖3-3，表3-1所示) (六) 步法動作練習：先就測試項目進行全場(左前場、右前場、左中場、右中場、左後場、右後場)六個方向的步法的練習。 (七) 靜態姿勢拍攝：自然姿勢、T-pose姿勢、持拍T-pose姿勢 (九) 請受試者於預備位準備，發完球後，針對不同的來球做啟動及回球的動作，而餵球的位置採隨機分配，直到每個位置收集3次成功擊球的動作為止。二、餵球者動作要求說明：受試者發完球後，餵球者依標準後場上手擊球動作來擊球，不可做任何的徉攻及時間差的假動作，各種方向的切球、殺球及高遠球，且依擊球技術來分，應儘量保持一致性的球速，各方向的球速如下：反手切球：27±3m/s；正手切球：28±2m/s；反手殺球： 59±6m/s；正手殺球：57±5m/s；反手長球：47±5m/s；正手長球：44±2m/s。三、受試者動作要求說明： (一)準備動作：受試者發完球後，雙腳分別各站立於一塊測力板上，雙膝微蹲，持拍於身體前. 27.

(39) 方，拍頭正對於場中央。 (二)回球動作及位罝：餵球者擊球後，為了確定受試者在回球時是處於主動的狀態，所以受試者需依餵球種類分別回球至指定位置，才算完成一次成功的動作。成功擊球的動作陳述如下：(1) 餵球者擊出左側切球時，受試者需以反拍回擊直線小球至對面場地的A區域；餵球者擊出右側切球時，受試者需以正拍回擊直線小球至對面場地的B區域，擊球時應儘可能的在高點擊球 ( 如圖3-1所示)。(2) 餵球者擊出中場殺球時，受試者回擊來球的擊球位置需在站位前面 (若回擊球點超過站立位置，則為失敗擊球) ，左側殺球需以反拍回擋直線小球至對面場地的A；右側殺球需以正拍回擋直線小球至對面場地的B區域 ( 如圖3-1所示) 。(3) 餵球者擊出左右後場高逺球時，受試者後腳需超過後發球線前0.5m的位置，左側來球以正拍上手繞頭動作，殺球至對面場地的C區域，右側來球以正拍上手擊球，殺球至對面場地的D區域 ( 如圖3-1所示) 。. 28.

(40) 第七節資料收集本研究之資料收集方法及步驟，依序說明如下：一、運動學資料收集. LEM B REM B. REM B. RGT RGT. LGT. RMKN E. RMAN K. LMKN E. RMKN E. RMA NK RMAN K. 圖 3- 3 反光球黏貼位置圖. 實驗中利用8部紅外線攝影機(頻率：300Hz)，配合 Vicon Nexus 1.6 動作擷取軟體，擷取受試者身上各部位反光球資料，身體反光球黏貼位置如圖3-6-1。總共51顆，紅色球表示定義肢段解剖位置的反光球，共43 顆；藍色球表示肢段上用來追踨關節位置的反光球，共 8 顆。. 29.

(41) 表 3- 1. 反光球黏貼位置表. 部. 編. 反光球. 部. 編. 反光球. 位. 號. 代號. 位. 號. 代號. 頭. 1. LFHD. 頭左前方. 26. RFRA. 右手前臂. 2. RFHD. 頭右前方. 27. RWRA. 右手橈骨前髁. 3. LBHD. 頭左後方. 28. RWRB. 右手尺骨前髁. 4. RBHD. 頭右後方. 29. RFIN. 右中指掌指關節. 5. C7. 頸椎第七節. 30. LTHI. 左腳大腿. 6. T10. 胸椎第十節. 31. LGT. 左腿大轉子. 7. CLAV. 鎖骨. 32. LKNE. 左股骨外髁. 8. STRN. 胸骨劍突. 33. LMKNE. 左股骨內髁. 9. RBANK. 右肩胛骨. 34. LTIB. 左腳脛骨. 10. LASI. 左髂前上棘. 35. LANK. 左踝腓骨外側. 骨. 11. RASI. 右髂前上棘. 36. LMANK. 左踝脛骨內側. 盆. 12. LPSI. 左髂後上棘. 37. LHEE. 左足足後跟. 13. RPSI. 右髂後上棘. 38. LTOE. 左腳第三蹠趾關節. 14. LSHO. 左手肩峰. 39. LTOE1. 左腳第一蹠趾關節. 15. LUPA. 左手上臂. 40. LTOE2. 左腳第五蹠趾關節. 16. LELB. 左肱骨外上髁. 41. RTHI. 右腳大腿. 17. LMELB. 左肱骨內上髁. 42. RGT. 右腿大轉子. 18. LFRA. 左手前臂. 43. RKNE. 右股骨外髁. 19. LWRA. 左手橈骨前髁. 44. RMKNE. 右股骨內髁. 20. LWRB. 左手尺骨前髁. 45. RTIB. 右腳脛骨. 21. LFIN. 左中指掌指關節. 46. RANK. 右踝腓骨外側. 22. RSHO. 右手肩峰. 47. RMANK. 右踝脛骨內側. 23. RUPA. 右手上臂. 48. RHEE. 右足足後跟. 24. RELB. 右肱骨外上髁. 49. RTOE. 右腳第三蹠趾關節. 25. RMELB. 右肱骨內上髁. 50. RTOE1. 右腳第一蹠趾關節. 51. RTOE2. 右腳第五蹠趾關節. 部軀. 幹. 左手臂. 右手臂. 反光球位置. 右手臂. 左腳. 右. 腳. 反光球位置. 二、動力學資料收集本實驗利用二塊90×60cm2的三維測力板(Kistler9287、AMTI5507)測量，並利用Vicon Nexus 1.6 動作擷取軟體收集地面反作用力的資料，測力板地面反作用力方向定義與實驗室座標定義相同，X方向表示前、後方向的力量，正值表示向後，負值表示向前；Y 30.

(42) 方向表示左、右方向的力量，正值表示向右，負值表示向前；Z方向是表示垂直方向的力量，正值表示往上，負值表示往下。. 31.

(43) 第八節資料處理一、. 人體肢段建立及定義. (一)骨盆(coda Pelvic model) 1.解剖標記(marker)：L/R ASIS,L/R PSIS 2.骨盆座標原點：(RASIS+LASIS)/2。. Q P. 3.座標定義： Xpelvic =(RASIS - LASIS) / ∥RASIS- ASIS∥ Q = (RPSIS+LPSIS)/2 P = (Q-LASIS) / ∥Q- LASIS∥ Z(pelvic) = P × X(pelvic). 圖 3- 4 骨盆座標圖. Y(pelvic) = Z(pelvic) × X(pelvic). 4.髖關節中心計算：以骨盆的座標軸為基準，相對於骨盆原點的座標位置為 RHJC=(0.36*ASIS_Distance,-0.19*ASIS_Distance,-0.3*ASIS_Distance) LHJC=(-0.36*ASIS_Distance,-0.19*ASIS_Distance,-0.3*ASIS_Distance). (二)大腿 RGT. 1.解剖標記(marker)：RKNE, RMKNE, RGT. RHJC. 2.大腿座標原點：RHJC 、LHJC。 P. 3.座標定義：. Z軸. Z(thigh) = (RHJC- RKJC) / ∥RHJC- RKJC∥ P = (RGT- RKJC) / ∥RGT- RKJC∥ Y(thigh) = Z(thigh) X(thigh) = Z(thigh). × ×. P 。. X軸. RMKNE RKNE. RKJC Y軸. Y(thigh). 圖 3- 5 大腿座標圖. 32.

(44) (三)小腿 RKNE. R KJC. 1.解剖標記(marker)：RKNE,RMKNE,RANK, RMANK RMKNE. 2.小腿座標原點：RKJC。 3.座標定義：. Z軸. P. RAJC = (RANK+RMANK)/2 Z(shank) = (RKJC- RAJC) /∥RKJC- RAJC∥. X軸. P = (RKNE- RAJC) / ∥RKNE- RAJC∥ Y(shank) = Z(shank). ×P 。. X(shank) = Z(shank). × Y(shank). RMANK RANK RAJC Y軸圖 3- 6 小腿座標圖. (四)腳 1.解剖標記(marker)： RTOE, RHEEL Z軸. 2.小腿座標原點：由上述所陳述的踝關節 Y軸. RHEEL. RTOE x軸. 中心(RAJC)。 3.座標定義 Y(foot)=(RTOE-RHEEL) ∕∥RTOE-RHEEL∥ Z(foot) = X(shank) × Y(foot)。. 圖 3- 7 腳部座標圖. X(foot) = Y(foot) ×. 33. Z(foot)。.

(45) 二、. 運動學分析 (一)關節角度計算公式：(Kadaba , 1990) 以卡當角 X-Y-Z 旋轉順序來計算，旋轉的角度分別為α、β、γ，[Rx]、[Ry] [Rz] 分別為繞浮動座標軸的 X 軸、Y 軸、Z 軸的旋轉矩陣，計算公式如下：. [Rx] =. 1 0 0 cosα. 0 sinα. 0. cosα. -sinα. , [ Ry] =. cosβ. 0. -sinβ. 0 sinβ. 1 0 0 cosβ. cosγ ,[ Rz] = -sinγ 0. sinγ cosγ. 0 0. 0. 1. [R] = [Rz] [Ry] [Rx] cosγ cosβ [R] = -sinγ cosβ sinβ. [R] =. R11 R21 R31. R12 R22 R32. cosγ sinβ sinα + sinγ cosα -sinγ sinβ sinα + cosγ cosα -co sβ sinα. -cosγ sinβ sinα + sinγ sinα sinγ sinβ sinα + cosγ sinα cosβ cosα. R13 R23 R33. 最後可求出：β= asin(R31) ； α= asin(-R32 / cosβ)、γ= asin (-R21 / cosβ) (二)關節角速度計算公式(摘自 Winter , 1990)：. 註：ωx、 ωy 、ωz ：於肢段座標上的角速度 θx、θy、θz ：尤拉角的微分，Si = Sinθi Ci = Cosθi. 34.

(46) 三、. 逆動力學分析 (一) 肢段參數建立引用何維華、李超群、相子元(2004)根據 40 位台灣健康男性所建立的人體肢段參數，肢段重心位置、比重及轉動慣量之值如下表：. 表 3- 2 肢段之質量百分比、質心百分比及三維解剖軸之轉動慣量. (摘自何維華等 2004). (二)關節作用力及力矩的計算方式 (摘自 Robertson et al,2004) 利用已測得的肢段運動學資料，如關節角度、角速度，肢段質心的線加速度，配合由測力板所得的地面反作用力，文獻研究出的人體肢段參數，利用力平衡和力矩平衡的算式，以算出關節作用力及關節力矩。 Fp = ma – Fd – Fw …… (1) Mpx = Ixxαx +(Izz-Iyy)ωzzωyy－Md x+ rdx×Fdx + rpx×Fpx Mpy = Iyyαy +(Ixx-Izz)ωxxωzz－Md y+ rdy×Fdy + rpy×Fpy Mpz = Izzαz +(Iyy-Ixx)ωyyωxx－Md z+ rdz×Fdz + rpz×Fpz. 註： m：肢段質量；a：肢段質心的線加速度 Fp：近端關節力量； Fp：遠端關節力量；Fw：肢段所受重力 Mp：遠端關節力矩； rp：近端關節力臂； rd：遠端關節力臂 I：肢段質心位置的轉動慣量； α：角加速度；ω：角速度. 35. ……(2).

(47) (三) 關節功率計算：關節力矩算出後，再和關節角速度相乘，即可求出關節功率，根據 Winter(1990) 所提，關節功率為正值時，關節力矩和關節角速度為同方向，這表示肌肉正在做向心收縮產生能量；若關節功率為負值時，關節力矩和關節角速度為反向，這表示肌肉正受到外力在做離心收縮，以吸收能量來減少外力對關節的影響。關節功率=[Mx,My,Mz] . [ωx , ωy, ωz] =Mx ωx + My ωy + Mz. ωz 註：Mx 、My 、Mz：三軸方向的關節力矩 ωx 、ωy、ωz 肢段的角速度. (四)關節產能貢獻百分比：關節功率算出後，本研究將左、右腳在啟動期時的髖、膝、踝的正功率分別乘以時間的總合(公式 1)，以求得關節總產能(總作正功量)，再將髖、膝、踝在啟動期間的產能相加，得到肢段的總產能(公式 2)，最後再將各關節的總產能除以肢段總產能，即可看出各關節在啟動期間，對於推蹬產能的貢獻度(公式 3)；。(Teixeira-Salmela, Nadeau, Milot, Gravel, & Requião, 2008) =. =. 註：. …… (1). p>0. +. =. /. =. /. =. /. ：關節總產能. …… (2). +. …… (3). ；P：關節功率. 36. ；. ：下肢總產能.

(48) ：關節相對於下肢產能的貢獻度. 四、. 下肢勁度本研究的下肢勁度，是以輕跳著地後兩個力板垂直地面反作用力的最大合力值(公式 1)，除以從著地瞬間到兩個力板產生垂直地面反作用力出現最大合力時的重心位移量(公式 2)，因避免體重差異造成的誤差，所以地面反作用力的最大合力值均除以體重來標準化。(McMahon and Cheng，1990) GRFZmax =. F1z. + F 2z. …… (1). ∆ Z =重心高度(著地瞬間) – 重心高度 GRF max. …… (2). Kstiffness = GRF max / ∆ Z. 註： F1z：第一塊力板垂直方向的地面反作用力。 F2z：第二塊力板垂直方向的地面反作用力。 GRF Zmax：兩個力板垂直地面反作用力的合力的最大值。 ∆ Z：垂直重心位移量。. 37.