不同握把橢圓機之生物力學分析

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(1)國立台灣師範大學運動科學研究所碩士學位論文. 不同握把橢圓機之生物力學分析. 研究生：李俊義指導教授：相子元. 中華民國九十八年七月中華民國臺北市.

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(4) 不同握把橢圓機之生物力學分析 98 年 7 月. 研究生：李俊義指導教授：相子元. 現今橢圓機不僅用來健身運動還廣泛使用於醫療復健上，其提供下肢與上肢的訓練，但其並未有完整的握把方面分析。目的：分析不同握把橢圓機之生物力學影響，並建立橢圓機上肢自然運動軌跡。方法：受測者為 10 名健康成年男性，分以轉速 60 rpm 分別在三種握把前後距離 (Orig、Middle、Proximal) 和三種寬度 (Narrow、Orig、Wide) 以及 3D 握把與 Free 方式進行踩踏。橢圓機之阻力設為 0 W，每次進行 30 秒踩踏，到達穩定之後擷取 10 秒的資料進行分析。資料分析運動學參數、肌電振幅和手部力量值，使用單因子變異數進行統計分析，顯著水準定為 α＝.05。結果：傳統橢圓機握把設計無法有效的提供上肢訓練，而利用 3D 握把較能提高肱二頭肌的活化效果，對於訓練上半身可能會較有幫助。在無使用握把的踩踏方式上，股二頭肌的活化有較低的現象和身體較不穩定的情況，其藉由踝關節的改變來維持身體質量中心的穩定和驅動飛輪。在改變握把前後距離可能會影響到肱三頭肌的訓練效果。結論：一、未來橢圓機可增加上肢的運動量。二、橢圓機握把軌跡可模擬手部自然擺動的軌跡。三、橢圓機握把可考量以多向度的握把設計。. 關鍵詞：橢圓機、運動學、肌電振幅、身體質量中心、握把. i.

(5) The Biomechanical Analysis on Different Handlebars of Elliptical Trainers July 2009. Graduate Student: Lee, Chun-Yi Advisor: Shiang, Tzyy-Yuang. Nowadays, the elliptical is not only used for exercise but also has been widely applied to rehabilitation. It provides upper- and lower-body training. However, there are not yet any complete studies on handlebars. Purpose: The purpose of the study was to analyze the biomechanical effect of different elliptical’s handlebars and establish their natural trajectory. Methods: The subjects were ten healthy males who pedaled on the elliptical trainer at 60 rpm with handlebars in three different positions (Orig, Middle, Proximal), three different widths (Narrow, Orig, Wide) and with 3D handlebars that can move in variable directions, as well as without handlebars (Free). The elliptical trainer’s resistance was set to 0W. The subjects performed pedaling for 30 seconds per time and the 10-second data were gathered after the subjects’ pedaling reached stability. With the data, we try to analyze the kinematics parameters, muscle activation and the hand force value. One-way ANOVA was employed to determine the difference. Results: The results show that traditional handlebars were not able to provide effective upper-body training. On the other hand, the 3D handlebars were more effective to increase bicep activation and, thus, may be more helpful to upper-body training. When the subjects did not use the handlebars at all, their bicep femoris activation tended to be lower and not stable. Therefore, the subjects changed the angle of their ankles to maintain the stability of their center of mass and to push the pedals. The change of handlebars’ front/rear positions may affect the triceps training. Conclusions: Suggestions for the future design of elliptical’s handlebars: 1) to enhance the upper-body training; (2) to be able to move in variable directions; (3) to simulate the trajectory of natural arm flow motion; and (4) the incline angle of pedals.. Key words：Elliptical trainers, kinematics, muscle activation, center of mass, handlebar. ii.

(6) 致謝詞在師大求學的這兩年當中，遇到了許多問題和瓶頸，但幸運的是，我也遇到許多的貴人，才能讓我能順利走出困難，順利畢業，藉此在這邊感謝他們。其中最感謝的人莫過於我的指導老師相子元教授，除了對我的學業上的指導外，也影響到我對體育的看法，讓我對未來充滿的希望；也感謝臺灣師範大學張家豪教授，雖然不為其指導學生，但在課業上有任何的問題，也會不辭辛勞的給我指導與幫忙；另外也必須感謝臺灣師範大學運動生物力學實驗室的所有夥伴，有他們的幫忙才能讓我的實驗能順利完成，在此感謝學長和同學：明昇、尹鑫、易廷、錚璿、芸慧、英豪、怡廷等。. 俊義 2009 年 7 月 30 日於台師大運科所. iii.

(7) 目次第壹章緒論.................................................................................................................. 1 一、前言.................................................................................................................... 1 二、橢圓機基本概念................................................................................................ 3 三、橢圓機的運動模式............................................................................................ 6 四、研究目的............................................................................................................ 9 五、研究假設.......................................................................................................... 10 六、研究範圍與限制.............................................................................................. 10 七、名詞操作型定義.............................................................................................. 10 第貳章相關文獻探討................................................................................................ 13 一、踏板軌跡影響.................................................................................................. 13 二、轉速與阻力之影響.......................................................................................... 14 三、握把方式、踩踏方向...................................................................................... 16 四、上肢運動.......................................................................................................... 16 五、文獻總結.......................................................................................................... 19 第参章材料與方法.................................................................................................... 20 一、實驗對象.......................................................................................................... 20 二、實驗設備.......................................................................................................... 20 三、測試平台.......................................................................................................... 22 四、實驗設計.......................................................................................................... 23 五、實驗流程圖...................................................................................................... 25 六、反光球黏貼位置.............................................................................................. 26 七、空間座標圖...................................................................................................... 28 八、資料分析.......................................................................................................... 30 九、統計分析.......................................................................................................... 32 第肆章結果................................................................................................................ 33 一、橢圓機握把之影響.......................................................................................... 34 iv.

(8) 二、不同握把前後距離之影響.............................................................................. 42 三、不同握把寬度之影響...................................................................................... 50 第伍章討論與結論.................................................................................................... 58 一、橢圓機握把之影響.......................................................................................... 58 二、握把前後距離與寬度之影響.......................................................................... 62 三、結論.................................................................................................................. 64 引用文獻...................................................................................................................... 65 個人小傳...................................................................................................................... 68. v.

(9) 表次表 3-1 反光球黏貼位置 ............................................................................................. 27 表 4-1 Orig、3D、Free 之肱二頭肌和肱三頭肌之平均肌電振幅（單位：%）... 35 表 4-2 Orig、3D、Free 之股直肌和股二頭肌之平均肌電振幅（單位：%）....... 37 表 4-3 不同握把前後距離 (Orig、Middle、Proximal) 之肱二頭肌和肱三頭肌之平均肌電振幅.................................................................................................... 42 表 4-4 不同握把前後距離 (Orig、Middle、Proximal) 之股直肌和股二頭肌之平均肌電振幅 (單位：%).................................................................................... 43 表 4-5 不同握把寬度 (Narrow、Orig、Wide) 之肱二頭肌和肱三頭肌之平均肌電振幅（單位：%） ............................................................................................ 50 表 4-6 不同握把寬度 (Narrow、Orig、Wide) 之股直肌和股二頭肌之平均肌電振幅（單位：%） ................................................................................................ 51. vi.

(10) 圖次圖 1-1 全球健身器材產品比例 ................................................................................... 2 圖 1-2 市售健身車（左）及橢圓機（右） ............................................................... 3 圖 1-3 上為跑步機之動作範圍，下為橢圓滑步機之動作範圍 ............................... 4 圖 1-4 左為前驅式飛輪，右為後驅式飛輪 ............................................................... 6 圖 1-5 橢圓機踩踏軌跡 ............................................................................................... 7 圖 1-6 固定式握把及活動式握把 ............................................................................... 7 圖 1-7 握把寬度 ....................................................................................................... 11 圖 1-8 握把前後距離 ................................................................................................. 11 圖 1-9 飛輪連桿距離地面高度 ................................................................................. 11 圖 1-10 三軸自由度的握把連桿 ............................................................................... 12 圖 2-1 不同踏板位置之橢圓軌跡 ............................................................................. 13 圖 2-2 不同坡度之橢圓軌跡 ..................................................................................... 14 圖 2-3 手搖車運動上的三種握把姿勢 ...................................................................... 18 圖 3-1 三度空間運動分析系統 ................................................................................. 20 圖 3-2 肌電訊號擷取系統 ......................................................................................... 21 圖 3-3 肌電貼片之黏貼位置 ..................................................................................... 21 圖 3-4 單軸向力量感應器 ......................................................................................... 22 圖 3-5 實驗用橢圓機 ................................................................................................. 22 圖 3-6 研究架構流程圖 ............................................................................................. 25 圖 3-7 Plug‐in‐Gait 反光球標記名稱及位置 .............................................................. 26 圖 3-8 橢圓機上黏貼之反光球 ................................................................................. 28 圖 3-9 各關節定義圖 ................................................................................................. 29 圖 3-10 分期圖 ........................................................................................................... 30 圖 4-1 本研究機台之踏板軌跡 ................................................................................. 33 vii.

(11) 圖 4-2 Orig、3D、Free 在各時期之平均關節角度(A)肘關節(B)髖關節(C)膝關節(D) 踝關節 ..........................................................................................................................38 圖 4-3 Orig、3D、Free 在各時期之身體質量中心變化量(A)上下變化量(B)左右變化量(C)前後變化量 .......................................................................................... 40 圖 4-4 Orig、3D、Free 之光球移動軌跡(A)額狀面(B)橫切面(C)矢狀面.............. 41 圖 4-5 Orig、Middle、Proximal 各時期之平均關節角度(A)肘關節(B)髖關節(C)膝關節(D)踝關節 .................................................................................................. 45 圖 4-6 Orig、Middle、Proximal 在各時期之身體質心變化量(A)上下變化量(B)左右變化量(C)前後變化量 .................................................................................. 47 圖 4-7 Orig、Middle、Proximal 光球移動軌跡(A)額狀面(B)橫切面(C)矢狀面 ... 48 圖 4-8 Orig、Middle、Proximal 在各時期之平均力量............................................ 49 圖 4-9 Narrow、Orig、Wide 在各時期之平均關節角度(A)肘關節(B)髖關節(C)膝關節(D)踝關節 .................................................................................................. 53 圖 4-10 Narrow、Orig、Wide 在各時期之身體質量中心變化量(A)上下變化量(B) 左右變化量(C)前後變化量 .............................................................................. 55 圖 4-11 Orig、Middle、Proximal 光球移動軌跡(A)額狀面(B)橫切面(C)矢狀面 . 56 圖 4-12 Narrow、Orig、Wide 在各時期之平均力量 ............................................... 57. viii.

(12) 1. 第壹章緒論一、前言現今運動保健的意識越來越被重視，健康的人從事規律運動能維持身體機能，也較能順利完成日常生活的瑣事，像是走路、上下樓梯、搬重物等等；除此近年來醫界除了以一般物理治療改善關節疾病外，更鼓勵以運動來復健恢復其正常的功能。現今在健身房或居家使用的運動器材以跑步機居多，但發現到使用跑步機時會造成相當大的地面衝擊力，對於年長者或下肢有傷害的病患，會產生下肢的傷害，市場上因而開發出橢圓機，橢圓機以全身性的運動模擬走路與跑步的軌跡，運動效果也與跑步機相似，並且能減少地面所產生的衝擊力，對於膝關節的衝擊力明顯低於跑步機 (Porcari, Zedaker, Nawer, & Miller, 1998)，目前認為是一項設計相當好的產品，除了用於一般健身，也用在醫療復健上，其市場需求量也在短短幾年快速的成長中，根據經濟部技術處2005年醫療器材工業年鑑指出，2005年最終市場價值達209.8美金，其全球健身器材產品比例圖如下（圖1-1），橢圓機則佔了6%，成為世界主要的運動器材之一，並在近幾年內持續成長中。.

(13) 2. 圖1-1 全球健身器材產品比例. 現今的室內健身器材結合了多元的訓練模式，從部分肌群的訓練變成全身性的訓練，在橢圓機與健身車的市場中，可發現到許多手與腳共同運動的產品（圖1-2）。手部提供了穩定及驅使飛輪的力量，並可減少下肢肌群的負荷，讓下肢或上肢有傷害的病患減低負荷，達到復健的效果。而在一般健康的使用者，在橢圓機上加入手部的運動，也會有較多的耗氧量及能量消耗 (Mier & Feito, 2006)，更能達到瘦身減肥的效果。.

(14) 3. 圖1-2 市售健身車（左）及橢圓機（右）. 二、橢圓機基本概念 2004年2月19日中國體育報曾對橢圓機進行報導：橢圓運動機（英文 Elliptical 或Cross Trainer，以下簡稱橢圓機）的出現迄今只有八年，是由 Mr. Larry Miller（通用汽車的前人體力學工程師）所設計研發的。他覺得跑步無論是在郊外跑步或是在室內的跑步機上跑步，對他來講都不大適合，雙腳與地面接觸的撞擊力經常使得他的關節疼痛，於是他放棄跑步，並決定設計一種運動量大，但沒有衝擊力的健身器材。該機成功地把手臂與腿部的運動結合起來，達到四肢協調、健美體線的目的，其腳踏板的運動利於心肺功能訓練，運動負荷不太大，適合大多的族群。橢圓機是用連桿機制和飛輪所構成，運動方式是以踏板推動飛輪做旋轉，並可配合握把前後擺動進行向前或向後的全身性運動，其運動模.

(15) 4. 式為一閉鎖式動力鍊，運動時腳板不會離開踏板，因此在動作的連續性有一定的關係，所以使用者在向前踏步時，另一腳則會被飛輪所帶動向後踏，且需將大腿的相對位置提高，呈現類似於上樓梯的動作，除此外其瞬間衝擊力也分散於雙腳，降低其最大衝擊力 (Lu, Chien, & Chen, 2007)。它的運動軌跡是成一個橢圓形的軌道，與跑步的動作軌跡是類似的（圖1-3）。. 圖1-3 上為跑步機之動作範圍，下為橢圓機之動作範圍. 橢圓機在市場上大致分為兩大類型，分別為前置式飛輪與後置式飛輪兩類型（圖1-4），早期的設計其飛輪機構為後置式，所謂的後置式飛輪機構為使用者在使用橢圓運動機時，飛輪機構的位置在使用者運動方向的後方，較晚期才出現的前置式飛輪機構，其機構則在使用者運動方.

(16) 5. 向的前方。在外型上比較起來前置式飛輪機構的機台長度比起後置式飛輪機構來的短，原因在於後置式飛輪機構需要在機台尾端增加放置飛輪空間，前置式機構則將飛輪與運動機前端機構共同置於前端的空間中，所以減少了擺放的空間。由機構構造做比較，後置式的機構構造較為簡單，基礎的結構為簡易的三連桿機構，前置式機構較為複雜，基礎的結構可為3～5連桿所構成。若依使用者的使用方式進行比較，後置式橢圓機因運動機前後方都有機構設置，所以使用者在踩踏上腳踏板的位置必須由左右兩側才有辦法站上運動機，而前置式由於機構設置於運動機前方，所以踏上腳踏板的位置可由左右方及後方踏上踏板，如此的設置可較便利於使用者使用橢圓機。若針對運動軌跡做比較，後置式橢圓機因機構構造簡單，但可設計出的步態軌跡較簡單，且變化性低，前置式橢圓機其構造雖然較複雜，但是卻可設計出較多樣化的步態軌跡，目前市售之橢圓運動機也是以前置機構為主流，設計雖然困難，但可充分表現出橢圓運動機多樣化的優點。除此外目前設計的方向大多朝著人自然走路或跑步的型態，像是走路步幅、步寬、各關節角度變化和運動軌跡等，為了讓使用者達到更舒適的感覺。.

(17) 6. 圖1-4 左為前驅式飛輪，右為後驅式飛輪. 三、橢圓機的運動模式目前市面上所販售的橢圓機種類與功能相當多樣，其運動模式會依照不同的機構和使用方式而有所差異，目前主要可以選擇與調整的運動模式為以下幾種：（一）踏板軌跡：踏板軌跡會受機構設計所決定，有的機台能改變其踏板的軌跡，讓使用者選擇適合自己的軌跡（圖1-5）。.

(18) 7. 圖1-5 橢圓機踩踏軌跡（二）飛輪的轉速與阻力：可依照個人能力調整需要的踩踏強度與轉速。（三）踩踏的方向：可選擇往前或往後方向踩踏。（四）手部的運動方式：目前大多會提供固定式握把及活動式的握把，固定式手把不會隨著踏板驅使使而擺動，活動式手把則能共同驅使飛輪，並可提供上肢參與運動表現，現今的設計也將手部擺動的軌跡也加入設計的考量上（圖1-6）。. 活動式握把固定式握把. 圖1-6 固定式握把及活動式握把.

(19) 8. 不同的運動模式會影響人體的運動表現，改變其中的一個環節可能就會影響訓練效果，如踩踏的方向所直接影響就是招募到的肌群 (Browder & Dolny, 2002)，也有學者指出不同的轉速、阻力、踏板位置都會影響運動學或動因學（簡惠蓮，2006；鄭巧鈴，2008），但在手部的運動軌跡上，目前相關研究相當的少。此外洪征貝（2003）將橢圓機運動歸納出幾點共同的特性：（一）運動平面與地面垂直，與人前進方向平行。（二）踏板的運動軌跡為一沒有交叉點的封閉曲線，近似橢圓。（三）手部的運動可以是往復搖擺運動。（四）同一側手與腳在同一時間內為反向的運動。（五）能夠做出類似人在快走、慢跑或下樓梯時的運動曲線，且沒有直接施力在地上，故產生的衝擊力非常小。橢圓運動機主要的效果為增進心肺適能，並提供上肢與下肢的肌肉適能訓練，且能降低地面的最大衝擊力。但也發現橢圓機運動相較於跑步會產生較大的剪力（簡惠蓮，2006），且為了維持在橢圓機上的平衡、動作速度與位置，下肢肌群會產生拮抗作用，長時間或高頻率下的拮抗作用下運動，容易造成疲勞甚至傷害（劉佳玲，2004）。規律的運動對人體有莫大的好處，但必須針對個別身體差異選擇不同的運動模式，才能避免產生運動傷害，因此瞭解橢圓機不同運動模式對於人體的影響是.

(20) 9. 相當重要的。. 四、研究目的橢圓機為近年逐漸興起的健身器材，其主要標榜的效果為減少地面的衝擊力峰值，並且上肢肌群參也能參與運動，因此許多病人亦會使用作為復健器材，為目前醫療復健所廣泛使用，但目前橢圓機的相關研究大部份於生理反應和下肢的影響，卻很少去探討上肢姿勢所造成的影響，以致於目前尚無手橢圓機握把位置相關的完整研究，因此瞭解不同手部軌跡對於運動表現的影響，更能讓此運動器材能提供適合不同的訓練效果，並提供日後的使用者做參考，本研究目的如下：（一）探討橢圓機握把方式之運動學和肌電影響。（二）探討橢圓機不同握把前後距離之肌電、運動學和手部力量之影響。（三）探討橢圓機不同握把寬度之肌電、運動學和手部力量之影響。.

(21) 10. 五、研究假設（一）在使用橢圓機時，不同握把與自然擺臂會影響肌電活化與運動學參數。（二）在使用橢圓機時，不同握把前後距離會影響肌電活化、力量及運動學參數。（三）在使用橢圓機時，不同握把寬度會影響肌電活化、力量及運動學參數。. 六、研究範圍與限制（一）由於不同廠牌之橢圓機結構設計皆不同，因此以本研究之結果推論至其他產品時，必須考慮不同器材所造成的差異性。. 七、名詞操作性定義（一）握把寬度握把連桿位於同一水平面，兩握把中心之連線距離（圖 1-7）。（二）握把前後距離握把連桿位於同一平面，原握把處向受測者延伸之距離（圖 1-8）。.

(22) 11. 圖 1-7 握把寬度. 圖 1-8 握把前後距離. （三）握把高度受測者手握的高度為其尖峰突距離地面高度加上飛輪連桿最低點距離 (15 cm) 地面高度（圖 1-9）。. 連桿最低點. 圖 1-9 飛輪連桿距離地面高度.

(23) 12. （四）三軸自由度握把(3D) 透過機構改變，握把連桿可自由在三個軸向轉動（圖 1-10）。. 圖1-10 三軸自由度的握把連桿.

(24) 13. 第貳章相關文獻探討橢圓機為近幾年越來越受歡迎的運動健身器材，因此橢圓機相關的文獻也漸漸變多，以下主要分為踏板軌跡影響、轉速與阻力之影響、握把方式、踩踏的方向和上肢訓練做相關文獻探討。. 一、踏板軌跡影響踏板的軌跡主要來至機構上的設計，為目前設計橢圓機重要考量的因素之一，改變不同的軌跡對於運動表線也會有很大的差異。Browder和 Dolny (2002) 以五種跨距（6.7 cm、7.5 cm、8.3 cm、9.1 cm和9.8 cm）比較下肢肌群的電位，結果雖然顯示各組間沒有顯著的差異，但發現隨著跨距增加股直肌活性有增加的趨勢，而股外側肌卻有減少的趨勢。而在國內學者鄭巧鈴（2008）研究不同腳踏板的位置的影響，其指出不同的踏板的位置會影響到其橢圓的軌跡（圖2-1），也發現到不同踏板軌跡會影響到下肢的肌肉活性。. 2-1 不同踏板位置之軌跡圖（鄭巧鈴，2008）圖2-1 不同踏板位置之橢圓軌跡。註：本圖獲得鄭巧鈴（2008）許可翻印.

(25) 14. 在橢圓軌跡之長軸方面，簡惠蓮（2006）指出長軸增加會增大踝關節蹠曲角度、並造成下肢力矩的改變。近年來橢圓機增加了可調坡度的設計，其直接影響的是整個踩踏的軌跡，也可能改變整體的運動表現，黃彥鈞（2007）探討橢圓機不同坡度對運動經濟性與下肢運動軌跡的影響，發現不同坡度會影響到其踏板軌跡（圖2-2），並且在10%、15%坡度下踩踏會有最好的運動經濟性，其推測原因可能是在中等坡度下，足部軌跡與自然步態較為相近，加上身體重力造成的慣性而減少的踩踏的難度。. 圖2-2 不同坡度之橢圓軌跡. 二、轉速與阻力之影響橢圓機可自由讓使用者選擇踩踏的速度，並提供了可調的阻力， Larsen和Heath (2002) 進行不同踩踏頻率(56 rpm、69 rpm和80 rpm)的橢圓機運動，研究結果發現不同踩踏頻率下攝氧量呈現顯著差異，心跳率的變化亦呈現顯著差異，對照國內學者林滿妹（2007）進行三種速度 (40.

(26) 15. rpm、50 rpm、60 rpm) 的踩踏對於下肢肌肉活性的影響，發現當轉速越快平均肌電振幅皆有明顯增加的趨勢，並且股直肌與股二頭肌有拮抗的作用產生，可能會讓使用者容易疲勞，無法在高速度下持續太長的時間，此結果也與劉佳玲（2004）的研究結果相符，因此轉速的改變會明顯的影響使用者的運動強度。在下肢力矩方面，簡惠蓮（2006）指出轉速增加會使髖關節與膝關節維持在更彎曲的姿勢，影響關節力矩的表現，原因是為了使肌肉處於更好施力的位置，已達到高速下質量中心的穩定並提升其運動效率，此結果也與鄭巧鈴（2008）相符合。在阻力方面，徐振凱（2006）探討兩部不同設計的橢圓滑步機舒適性差異，受測者以三種不同負荷進行踩踏（70 W、220 W和370 W），實驗結果發現兩種機台負荷為370 W時，身體質量中心在左右移動軌跡有顯著差異，另外在股直肌、股二頭肌與脛前肌的肌電訊號會隨著負荷增加而增加，但在髖關節關節、膝關節和踝關節角度變化上卻無顯著差異。相較鄭巧鈴（2008）有類似結果，在轉速為50 rpm時，當阻力較高時，身體左右與上下偏移程度、髖與膝關節之外展角度、膝關節屈曲角度會增加以提供較多的作功，而下肢肌電反應會隨之增加以提供穩定作用或驅動力。.

(27) 16. 三、握把方式、踩踏方向 Hajiefermides等人 (2003) 以12位受試者進行實驗，以每分鐘100步的速度踩踏，比較前後踏與握把方式（固定式、活動式）對生理反應的影響。結果發現兩種握把方式對心跳率、攝氧量及能量消耗都沒有顯著差異，並認為前後踩的改變對於生理上並無明顯的改變。但在黃彥鈞（2007）探討橢圓機踩踏方向（向前、向後）對運動經濟性與下肢運動軌跡的影響，受測者為15位男性大學生以60 rpm進行不同踩踏方向的踩踏三分鐘，結果顯示向前踩踏時心跳率、攝氧量都顯著低於向後踩踏，此結果與與先前Hajiefermides等人 (2003) 的結果有所不同，原因可能兩種不同機台與設計上所造成的差異。此外，前踩踏時的髖關節角度變化量顯著大於後踩，並由軌跡圖發現後踩時髖關節上下移動幅度較顯示身體在後踩時處於較屈曲的狀態。在肌肉活性相關的研究方面，Browder與 Dolny (2002)研究發現在向前踩踏時的的臀大肌的平均與最大肌電振幅，都顯著大於向後踩踏，而腓腸肌卻相反。. 四、上肢運動上肢的健身運動早已被廣泛用於一般健身甚至是醫療復健上，也因此有許多研究針對手部循環運動對於生理的影響，Koppo, Bouckaert, 與 Jones (2002) 比較上肢運動（手搖車）與下肢運動（原地腳踏車）的最大.

(28) 17. 攝氧量組成情形，發現在相同單位時間內，上肢運動快速耗氧時間持續較久於單純下肢運動，並也會造成較快的心跳率增加速度 (Koga et al., 1995；Pendergast, 1989)，推測的可能原因為上肢運動徵召較多的快縮肌纖維參與，因此許多的有下肢傷害的病患，也會藉由上肢的訓練來提升體適能。van der Woude等人 (2008) 比較雙手同步與非同步之兩種手搖車運動模式的力量輸出與生理表現指標，發現在最高運動強度時（速度為 2.17 ms−1），雙手同步運動模式的換氣量、攝氧量、心跳率與爆發力都明顯的大於雙手不同步之運動模式，因此在手搖車的機構設計上，左右手握把能共同驅使飛輪的設計，能較有效的提高運動表現。 Bressel, Bressel, Marquez and Heise (2001) 探討在手搖車上以不同握把方式對於上肢肌群活化情形的影響，受測者為9名男性和6名女性，分別以三種握把方式進行動作（掌心朝下、掌心朝內、掌心朝上），如圖 2-3，結果發現掌心朝上的後三角肌的肌電振福顯著較低於掌心朝內，因此可能對於肩膀有傷害的病患是個不錯的復健運動方式；另外，肱二頭肌在掌心朝內的方式顯著高於另外兩種握法式，所以此種握法可能有利於肘關節屈曲的動作。McQuade, Dawson and Smidt (1998) 也指出，在運動中的肩部位置會影響上肢肌肉的活性，因此不同的上肢姿勢可能也會造成不同的運動學和動因學。.

(29) 18. 掌心朝下. 掌心朝內. 掌心朝上. 圖2-3 手搖車運動上的三種握把姿勢. Lehman (2005) 以不同握把距離和方式探討上肢肌群的影響，分別以三種握把寬度（200%肩寬、100%肩寬、一個手掌寬）和正反手抓握進行仰臥推舉，結果指出距離從寬變窄肱三頭肌有顯著增加，但而在胸大肌胸骨部位卻顯著減少，而在肱二頭肌從100%肩寬到一個手掌寬時有增加的趨勢，原因可能是為了增加肘關節的穩定度，並造成拮抗肌的共同收縮，所以也導致肱三頭肌肉活性增加，另外在胸大肌鎖股部分，寬度的改變並不會影響肌肉的活性。Green (2007) 指出在進行仰臥推舉運動時，手的抓握距離小於150%肩寬且保持肩外展45°會降低傷害的產生，因此抓握的方式和間距會影響到上肢運動的效果。.

(30) 19. 五、文獻總結綜合以上文獻可知道，橢圓機不同的運動模式會有不同的運動表現，在橢圓機握把方面的相關文獻也相當少，對於在橢圓機上的上肢影響至今還沒有完整的研究，因此透過一些動作相似的文獻，希望可以瞭解到哪些變項會影響到上肢的表現，透過文獻的討論，能發現到在進行上肢運動時，兩手抓握的距離和方式是主要影響的因素之一，所以在進行橢圓機運動時，這些因素可能也會造成不同的運動表現。.

(31) 20. 第參章材料與方法一、實驗對象本研究之對象為10名一般健康人男性（身高174±2.58 cm、體重 74.10±8.20 kg），且六個月內無上下肢運動傷害者。受試者於受試前須詳閱受試須知，並由研究者仔細的告知實驗的流程注意事項之後由受試者填寫基本資料表及受試同意書。. 二、實驗設備（一）三度空間運動分析系統實驗中所使用之三度空間運動分析系統 (Vicon Motion Capture System)，以 39 顆反光球作標記之量測點，加上受測者之測量資料，可直接用來建立人體之基本全身運動模型，另外在橢圓機上黏貼四顆光球，以辨別橢圓週期和握把軌跡。硬體系統使用十部 CCD 紅外線攝影機，以 100 Hz 頻率收集三維反光球標記之空間位置資料（圖 3-1）。. 圖3-1 三度空間運動分析系統.

(32) 21. （二）肌電訊號擷取系統（MP150.Biopac）實驗中同步收集人體右側各肌群肌電訊號（肱三頭肌、肱二頭肌、股直肌、股二頭肌），如圖3-2、3-3，分析在運動過程中肌肉的活動狀況，並進行徒手測試實驗參與者最大自主等長收縮 (MVC)，使肌電訊號標準化。. 圖3-2 肌電訊號擷取系統. 肱三頭肌肱二頭肌. 股直肌. 股二頭肌. 圖3-3 肌電貼片之黏貼位置.

(33) 22. （三）單軸向力量感應器（Load Cell）實驗過程中使用兩組單軸向力量感應器（圖3-4），裝置在握把處，收集雙手作用在握把之反作用力，配合運動分析系統之A/D介面同步收集力量訊號。. 圖3-4 單軸向力量感應器三、測試平台（一）一台為廠商提供之市售運動健身產品，廠牌為FiTSTAR（圖3-5）。（二）一台經機構改良之橢圓機，握把連桿部分能提供三軸之自由度。. 圖3-5 實驗用橢圓機.

(34) 23. 四、實驗設計受測者依平衡次序原則，分別在七種不同方式下進行：（一）、握把最寬 (Wide) ；（二）、握把最窄 (Narrow)；（三）、握把向後 10 cm (Middle)；（四）、握把向後 20 cm (Proximal)；（五）、原始握把 (Orig)；（六）、三軸自由度握把 (3D)；（七）、不用握把 (Free) 的方式進行踩踏。踩踏速度訂為 60 rpm、阻力 0w，每次進行 30 秒踩踏，到達穩定之後擷取 10 秒的資料進行分析。最後資料分析比較：（一）、橢圓機握把之影響（Orig、 3D、Free）；（二）、不同握把前後距離之影響（Orig、Middle、Proximal）；（三）、不同握把寬度之影響（Wide、 Orig、Narrow）。握把寬度的選擇是依據受測者肩膀寬度，Wide 的握把寬度約為受測者 2 倍肩寬 (130%原始握把寬度) ，Narrow 的握把寬度約為受測者肩寬 (70%原始握把寬度)、原始握把寬度大約為受測者 1.5 倍肩寬。握把向後距離在 20cm 的位置約為受測者關節活動最大範圍。轉速方面參考一般人正常走路、慢跑之步頻，並發現在橢圓機上踩踏時，受測者會因速度太慢動作產生不連續性，速度過快時，徒手踩踏容易產生不平衡的情況，固以 60 rpm 進行實驗。.

(35) 24. (一)實驗步驟 1. 向受試者說明實驗內容及注意事項並填寫受試者同意書。 2. 儀器校正、架設攝影機。 3. 受測者進行10分鐘暖身。 4. 於受測者上肢黏貼反光球和肌電貼片，並確認肌電訊號品質。 5. 受測者依平衡次序原則在七種不同方式進行踩踏(60 rpm)，每一個位置踩踏三次，每次進行30秒，擷取穩定10秒之資料進行分析。.

(36) 25. 五、實驗流程圖. 1.場地布置 2.儀器校正. 1.說明實驗流程 2.受測者填寫同意說. 1.黏貼肌電貼片 2.黏貼反光點 3.最大肌力測驗 4.確認同步訊號. 7 種不同握把方式. 依據平衡次序原則. 1. 2. 4. 3.. Narrow(70%肩寬) Wide(130%肩寬) Middle(10 cm) Proximal(20 cm). 5. Orig(原始握把) 6. Free(徒手) 7. 3D(三軸自由度). 每個動作踩踏30秒，每次間隔休息1分鐘。擷取資料10 秒穩定的資料。. 資料處理與分析. 圖3-6 研究架構流程圖.

(37) 26. 六、反光球黏貼位置以內建模組Plug-in-Gait之黏貼位置，使用39顆反光球（圖3-7）和在橢圓機上四顆反光球（圖3-8），建立出人體基本全身模型，並定義出橢圓機週期，以下為反光球標記名稱和位置（表3-1）和空間座標圖（圖3-9）。. 圖3-7 Plug-in-Gait反光球標記名稱及位置.

(38) 27. 表3-1 反光球黏貼位置. 反光標記名稱. 標記位置. 反光標記名稱. 標記位置. LFHD RFHD LBHD RBHD C7 T10 CLAV STRN RBAK LASI RASI LPSI RPSI LTHI LKNE LTIB LANK LHEE LTOE. 左前端頭部定義點右前端頭部定義點左後端頭部定義點右後端頭部定義點第七頭椎第十胸椎鎖骨與胸骨交界處胸骨劍突處右邊 scapula 上左側髂前上棘右側髂前上棘左側髂後上棘. LSHO LUPA LELB LFRA LWRA LWRB LFIN RSHO RUPA RELB RFRA RWRA RWRB RFIN RTHI RKNE RTIB RANK RHEE RTOE. 左肩峰左上臂外側左手肱骨外上髁左前臂外側左手拇指側腕骨左手小指側腕骨手臂第二掌骨右肩峰右上臂外側右上肱骨外上髁右前臂外外側右手拇指側腕骨. 右側髂前上棘左大腿外側左膝股骨外上髁左小腿外側左踝部腓骨外髁左後跟骨第二蹠骨粗隆. 右手小指側腕骨右臂第二掌骨右大腿外側右膝股骨外上髁右小腿外側右踝部腓骨外髁左後跟骨第二蹠骨粗隆.

(39) 28. 圖3-8 橢圓機上黏貼之反光球.

(40) 29. 七、空間座標圖下圖為本實驗設計之角度定義圖。. 圖 3-9 各關節定義圖.

(41) 30. 八、資料分析（一）橢圓機運動週期判定本研究拍攝飛輪支點和握把運行之軌跡，利用貼附於飛輪支點與握把的光點來界定週期，以光點的空間座標做為判定週期的基準，飛輪之光球繞行一圈定義為一個週期，並將其分成四個時期（圖3-11），最高點到最前端為P4，最前端到最底端為P1，最底端到最後端為P2，最後端到最高點為P3。. P3. 75%. P4. 50%. 0%. P2. 25%. 圖3-11 分期圖. P1.

(42) 31. （二）依變項 1. 運動學參數 Vicon動作分析系統收集的反光球資料，經由Nexus1.2版軟體進行補點及修勻後，輸出C3D檔至C-motion的Visual 3D軟體，輸入參與者身高、體重及肢段參數以建立模型，計算出身體角度變化、身體質量中心及光球在3D空間移動軌跡。. 2. 肌電振幅肌電訊號部分將蒐集不同時期的股直肌、股二頭肌、肱三頭肌和肱二頭肌肌電訊號，擷取頻率設定為1000 Hz，並由AcqKnowledge 3.8.1分析軟體將原始資料做10～500 Hz的帶通濾波（band pass filter）處理，進行全波整流（ full wave rectification ），最後以每三點資料取平均（smoothing）作平滑處理，求得肌電訊號的線性封包（linear envelope），之後進行積分運算程序，得到積分肌電（iEMG），除以時間則為平均肌電振幅用以表示肌肉活動的強度，再與MVC的肌電振幅進行標準化。. 3. 力量參數力量訊號擷取頻率為 1000 Hz，並由 AcqKnowledge 3.8.1 分析軟體將原始資料做處理，分析不同時期之平均力量值。.

(43) 32. 九、統計分析以 SPSS 12.0 版進行統計分析，使用單因子變異數分析，比較原握把、3D 握把與 Free 之差異；比較不同握把前後距離之差異；比較不同握把寬度之差異，顯著水準定為 α＝.05，若達顯著水準則利用 LSD 進行事後比較。.

(44) 33. 第肆章結果本研究肌電訊號（EMG）收集受測者右側之上肢肌群（肱二頭肌、肱三頭肌）和大腿肌群（股直肌、股二頭肌）；運動學參數使用動作分析系統計算人體節角度（肘關節、髖關節、膝關節、踝關節）與質量中心，以及加入力量感測器擷取手部力量變化，資料分期為踩踏一圈分成四個期進行比較，最後以不同握把的方式作分析比較，實驗結果以單因子變異數分析進行討論。本章研究結果分為以下幾點呈現：一、橢圓機握把之影響；二、不同握把前後距離之影響；三、不同握把寬度之影響。本研究機台踏板軌跡長軸距離為 363 mm；短軸為 185 mm （如圖 4-1）。. 圖 4-1 本研究機台之踏板軌跡.

(45) 34. 一、橢圓機握把之影響（一）肱二頭肌研究結果顯示，在這三種方式下進行橢圓機運動對肱二頭肌之活化程度並不高，最大的負荷都低於 10 % mvc，在 Free 的情況下，在各時期也發現到有較低活化的趨勢（表 4-1），但經統計分析結果顯示，Orig 之肱二頭肌在任何時期與 Free 都未達顯著差異，而在 3D 握把 (P2、P3 和 P4 期) 之肱二頭肌活化顯著大於 Free (p＜0.05)。. （二）肱三頭肌雖然橢圓機握把可提供拉和推的方式進行運動，但在三種方式進行橢圓機踩踏時，Orig、3D、Free 之肱三頭肌在任何時期都沒有顯著差異存在（表 4-1）。.

(46) 35. 表 4-1 Orig、3D、Free 之肱二頭肌和肱三頭肌之平均肌電振幅（單位：%） Orig. 3D. Free. Phase1 Phase2 Phase3 Phase4 肱三頭肌. 3.44±4.20 2.26±2.62 6.83±7.55 4.65±5.83. 5.46±4.02 3.30±2.41 9.14±6.96 6.72±4.51. 2.93±2.60 1.26±1.36 2.91±3.16 1.58±1.12. Phase1 Phase2 Phase3 Phase4. 3.16±2.94 2.98±2.68 3.04±2.24 2.73±2.37. 3.83±3.41 3.62±3.18 4.28±3.08 3.88±3.40. 肌群肱二頭肌. *3D 與 Free 達顯著差異(p<.05). * * *. 2.84±2.22 3.21±2.53 6.07±6.28 2.52±2.26.

(47) 36. （三）股直肌橢圓機驅動的動力主要的由下肢的肌群提供，實驗結果顯示，在 Orig、3D 與 Free 的踩踏下，股直肌的平均肌電振幅並未有顯著上的差異（表 4-2）。. （四）股二頭肌橢圓機在踩踏時，P4 到 P1 期為橢圓機最上方至最下方，也是主要動力來源，結果發現在這兩期時，股二頭肌之平均肌電振幅在 Free 的踩踏方式都呈現較小的情況（表 4-2），並且 3D 的平均肌電振幅 (P1 期) 顯著大於 Free (p＜0.05)。. 表 4-2 Orig、3D、Free 之股直肌和股二頭肌之平均肌電振幅（單位：%） Orig. 3D. Free. Phase1 Phase2 Phase3 Phase4 股二頭肌. 12.15±6.21 8.57±6.55 24.57±9.77 10.33±5.05. 12.20±6.39 11.09±8.49 26.82±10.98 9.62±4.87. 15.43±7.79 7.63±6.07 21.65±11.86 11.74±5.28. Phase1 Phase2 Phase3 Phase4. 13.64±4.84 1.89±1.16 1.96±1.27 7.33±5.49. 15.66±7.94 1.77±1.25 2.07±1.34 7.90±4.98. 肌群股直肌. *3D 與 Free 達顯著差異(p<.05). *. 8.60±5.19 2.34±1.65 1.93±1.32 4.55±3.58.

(48) 37. （五）關節平均角度在肘關節角度方面，因在不同的握把方式下踩踏，直接造成了角度上的差異，在 P1、P4 期時，3D 之肘關節角度顯著大於 Orig 和 Free；在 P2、P3 期三者間都達到顯著的差異 (p＜0.05)。在髖關節與膝關節角度方面，經統計結果顯示，三種方式的踩踏並沒有達到顯著的差異（圖 4-2）。最後在踝關節部位，可發現在主要踩踏期（P4 到 P1）有較大的趨勢，且在 P4 期 Free 的踝關節角度與 Orig 和 Free 都有達顯著上的差異 (p＜0.05)。.

(49) 38. (A). 肘關節. (B). 髖關節. (C). 膝關節. (D). 踝關節. 圖4-2 Orig、3D、Free在各時期之平均關節角度(A)肘關節(B)髖關節(C)膝關節(D) 踝關節。. 註：＊表示達顯著差異 (p＜0.05).

(50) 39. （六）身體質量中心之變化量（Center of mass）研究結果顯示（圖 4-3），身體質量中心在上下變化量方面，Free 的變化量都比 Orig 和 3D 大，且經統計分析結果，在 P1、P2、P3 期 Free 的上下變化量都與 Orig 和 3D 達顯著差異 (p＜0.05)。身體質量中心在左右變化量方面，三者間沒達顯著差異。在前後變化量上，3D 在 P2 期的變化量有顯著大於 Free 的結果。. （七）握把軌跡本研究擷取右手拇指側腕骨之光球移動軌跡，作為橢圓機握把運動軌跡的參考，以下為三個平面之軌跡變化圖（圖 4-4）。.

(51) 40. (A) 上下. (B). 左右. (C) 前後. 圖4-3 Orig、3D、Free在各時期之身體質量中心變化量(A)上下變化量(B)左右變化量(C)前後變化量。. ＊表示達顯著差異 (p＜0.05).

(52) 41. (A). (B). (C). 圖4-4 Orig、3D與Free之光球移動軌跡(A)額狀面(B)橫切面(C)矢狀面.

(53) 42. 二、不同握把前後距離之影響（一）肱二頭肌研究結果顯示，在三種握把方式下踩踏的肱二頭肌平均肌電振幅都相當低，都未達到 10%mvc 以上，且任何時期之肱二頭肌在 Orig、Middle 與 Proximal 間都沒有任何的顯著差異。（二）肱三頭肌在三種的握把前後距離上，可觀察到隨著握把距離越靠近身體（Proximal → Orig），肱三頭肌之平均肌電振幅有增加的趨勢，且在 P3 期時 Proximal 的肱三肌平均肌電振幅顯著大於 Orig。. 表4-3不同握把前後距離 (Orig、Middle、Proximal) 之肱二頭肌和肱三頭肌之平均肌電振幅 (單位：%) Orig. Middle. Proximal. Phase1 Phase2 Phase3 Phase4 肱三頭肌. 3.44±4.20 2.26±2.62 6.83±7.55 4.65±5.83. 6.72±5.83 2.53±1.99 7.31±4.17 4.73±4.05. 7.3±3.69 3.93±2.13 6.25±3.43 4.34±2.11. Phase1 Phase2 Phase3 Phase4. 3.16±2.94 2.98±2.68. 3.47±2.95 3.13±2.74 4.62±3.51 3.31±2.61. 5.26±4.83 5.42±5.53 6.99±5.62 4.98±3.66. 肌群肱二頭肌. 3.04±2.24 2.73±2.37. *Orig 與 Proximal 達顯著差異(p<.05). *.

(54) 43. （三）股直肌握把前後距離在 P1、P2 和 P3 期，隨著越靠近身體股直肌都有較大的趨勢，但在統計分析上沒有任何顯著差異，而三種握把前後距離 (Orig、Middle、Proximal) 的股直肌間都沒有顯著上的差異。（四）股二頭肌三種握把前後距離 (Orig、Middle、Proximal) 並不會造成肱二頭肌有任何的顯著差異與趨勢存在。. 表 4-4 不同握把前後距離 (Orig、Middle、Proximal) 之股直肌和股二頭肌之平均肌電振幅 (單位：%) Orig. Middle. Proximal. Phase1 Phase2 Phase3 Phase4 股二頭肌. 12.15±6.21 8.57±6.55 24.57±9.77 10.33±5.05. 13.56±6.43 11.42±10.37 27.13±12.07 10.37±4.91. 16.68±9.20 16.44±13.34 35.06±13.15 11.03±4.73. Phase1 Phase2 Phase3 Phase4. 13.64±4.84 1.89±1.16 1.96±1.27 7.33±5.49. 13.47±7.50 1.78±0.92 2.49±1.67 8.22±4.93. 12.81±8.28 1.79±1.10 2.62±1.34 9.00±4.10. 肌群股直肌.

(55) 44. （五）關節平均角度在肘關節角度方面，因不同的握把方式，直接造成了角度上的差異，在各個期時 Orig、Middle 與 Proximal 三者都達顯著的差異 (p＜0.05)。另外在髖關節、膝關節、踝關節角度上，並沒有任何的顯著差異存在（圖 4-5）。.

(56) 45. (A). 肘關節. (B). 髖關節. (C). 膝關節. (D). 踝關節. 圖4-5 Orig、Middle、Proximal各時期之平均關節角度(A)肘關節(B)髖關節(C 膝關節(D)踝關節。. ＊表示達顯著差異 (p＜0.05).

(57) 46. （六）身體質量中心不同的握把前後距離上，身體質量中心（上下、左右、前後）在 Orig、 Middle 與 Proximal 間沒有任何的顯著差異（圖 4-6）。. （七）握把軌跡下圖為 Orig、Middle、Proximal 之右手拇指側腕骨之光球移動軌跡，因改變握把前後距離對光球軌跡改變不大，所以以一個人的資料呈現，以下為三個平面之軌跡變化圖（圖 4-7）。.

(58) 47. (A). 上下. (B). 左右. (C) 前後. 圖4-6 Orig、Middle、Proximal在各時期之身體質心變化量(A)上下變化量(B)左右變化量(C)前後變化量.

(59) 48. 圖4-7 Orig、Middle、Proximal光球移動軌跡(A)額狀面(B)橫切面(C)矢狀面.

(60) 49. （八）平均力量力量感應器以壓為正；拉為負值。握把提供拉與推的方式，在 P1、 P2 期為握把往前；在 P3、P4 期為握把往後，但力量值結果都呈現正值較多。而在 Orig、Middle 與 Proximal 的平均力量間並無顯著的差異（圖 4-8）。. 圖 4-8 Orig、Middle、Proximal 在各時期之平均力量.

(61) 50. 三、不同握把寬度之影響（一）肱二頭肌三者不同握把寬度上，Narrow、Orig、Wide 之肱二頭肌在任何時期都沒達顯著差異（表 4-5）。（二）肱三頭肌三者不同握把寬度上，Narrow、Orig、Wide 之肱三頭肌在任何時期都沒達顯著差異（表 4-5）。. 表 4-5 不同握把寬度 (Narrow、Orig、Wide) 之肱二頭肌和肱三頭之平均肌電振幅（單位：%） Narrow. Orig. Wide. Phase1 Phase2 Phase3 Phase4 肱三頭肌. 3.97±3.87 2.53±2.56 6.49±4.09 3.11±2.69. 3.44±4.20 2.26±2.62 6.83±7.55 4.65±5.83. 2.63±2.13 1.00±0.79 3.64±3.34 2.80±2.67. Phase1 Phase2 Phase3 Phase4. 2.99±2.57 2.86±2.23 3.22±1.95 2.70±2.25. 3.16±2.94 2.98±2.68 3.04±2.24 2.73±2.37. 3.77±4.09 4.11±4.50 2.98±3.30 2.86±2.85. 肌群肱二頭肌.

(62) 51. （三）股直肌在任何時期的 Narrow、Orig、Wide 之股直肌都沒達顯著差異（表 4-6）。（四）股二頭肌在任何時期的 Narrow、Orig、Wide 之股二頭肌都沒達顯著差異（表 4-6）。. 表 4-6 不同握把寬度 (Narrow、Orig、Wide) 之股直肌和股二頭肌之平均肌電振幅（單位：%） Narrow. Orig. Wide. Phase1 Phase2 Phase3 Phase4 股二頭肌. 13.08±7.52 8.49±6.69 22.49±7.56 9.43±4.46. 12.15±6.21 8.57±6.55 24.57±9.77 10.33±5.05. 11.87±6.79 8.39±7.59 23.80±9.22 9.04±4.03. Phase1 Phase2 Phase3 Phase4. 11.71±8.92 1.64±0.91 1.96±1.30 6.13±4.39. 13.64±4.84 1.89±1.16 1.96±1.27 7.33±5.49. 14.80±8.28 2.10±1.08 2.00±1.16 6.27±4.34. 肌群股直肌.

(63) 52. （五）各關節平均角度三者不同握把寬度之間在肘關節有顯著的差異（圖 4-9），在 P1、 P3、P4 期 Wide 之肘關節角度與其他兩者 (Narrow、Orig) 達到顯著的差異，在 P2 期 Narrow 之肘關節角度與其他兩者 (Orig、Wide) 則達顯著差異 (p＜0.05)。在其他各部位關節上，三種不同握把寬度 (Narrow、Orig、 Wide) 都無任何的顯著差異。.

(64) 53. (A). 肘關節. (B). 髖關節. (C). 膝關節. (D). 肘關節. 圖4-9 Narrow、Orig、Wide在各時期之平均關節角度(A)肘關節(B)髖關節(C膝關節 (D)踝關節。. ＊表示達顯著差異 (p＜0.05).

(65) 54. （六）身體質量中心不同的握把寬度上，Narrow、Orig、Wide 之身體質量中心（上下、左右、前後）沒有任何的顯著差異存在（圖 4-10）。. （七）握把軌跡下圖為 Narrow、Orig、Wide 之右手拇指側腕骨之光球移動軌跡，因改變握把前後距離對光球軌跡改變不大，所以以一個人的資料呈現，以下為三個平面之軌跡變化圖（圖 4-11）。.

(66) 55. (A) 上下. (B) 左右. (C) 前後. 圖4-10 Narrow、Orig、Wide在各時期之身體質量中心變化量(A)上下變化量(B)左右變化量(C)前後變化量.

(67) 56. 圖4-11 Narrow、Orig、Wide光球移動軌跡(A)額狀面(B)橫切面(C)矢狀面.

(68) 57. （八）平均力量在不同寬度握把上，與先前不同距離之握把結果有相似，力量值方面都呈現`拉`較多，並在三種不同握把距離 (Narrow、Orig、Wide) 間並沒有任何顯著差異（圖 4-12）。. 圖 4-12 Narrow、Orig、Wide 在各時期之平均力量.

(69) 58. 第伍章討論與結論橢圓機為近年來市場逐漸增加的健身器材，強調的功能為全身有氧性的產品，不僅僅能訓練到下肢的肌群，還能加入上肢的肌群參與訓練，是一個能有效提升身體適能的活動，且適合各種族群使用。橢圓機目前的相關研究多半為下半身有關，卻忽略的上半身影響，至今並無充分的研究和數據可供參考，因此本研究透過改變上半身的活動，進而探討對人體運動的影響，可作為日後使用橢圓機訓練處方的參考，以及橢圓機設計之方向。. 一、橢圓機握把之影響（一）肌電訊號在上肢肌群方面，在有使用握把的兩種情況下，肱二頭肌與肱三頭肌電平均肌電振幅都相當的低，且都不超過 10% mvc，在原始握把 (Orig) 與徒手 (Free) 間的四個期也都未有顯著的差異，由此可知橢圓機對於上肢肌群的訓練量相當的低，傳統的握把設計並無法有效的訓練到此部位肌群，上肢可能僅提供身體的平衡和維持握把擺動的速度而已，並不提供動力驅使飛輪轉動。另外從踏板下端至最前端 (P2、P3、P4 期) 之 3 軸自由度握把 (3D) 的肱二肌肌電振幅都顯著大於徒手 (Free)，而 P1 期徒手 (Free) 的也有較低的現象，此原因可能為 3 軸自由度握把 (3D) 本身多了一個向外側的力量，造成肘關節多一個屈曲的力量，此種多關節.

(70) 59. 角度的握把，可能會較有效的增加上肢的訓練量。下肢肌群方面，因橢圓機動力主要來源為下肢肌群，從踏板最上端至踏板最下端 (P4 到 P1 期)，因此下肢的影響對於橢圓機方面相當重要，比較鄭巧鈴（2008）下肢肌電之研究，其股直肌、股二頭肌在各期的活化強度也有類似的趨勢存在，顯示出本研究與其他學者研究有類似的地方。在本研究結果指出，股直肌在任何期的三種踩踏方式均沒有顯著差異，握把的使用並不會減低或增加股直肌的活化。在股二頭肌方面，可從表 4-2 觀察到，從踏板最上端至踏板最下端 (P1 到 P4 期) 徒手踩踏的股二頭肌有較小的情況，可能原因為徒手 (Free) 在踩踏時為了保持身體穩定，必須快速將重量全放置一隻腳上（下踩的腳），並利用更多的身體重量去踩踏，因而減少原先股二頭肌幫助踩踏時伸寬的動作，進而降低髖關節伸展肌群的負荷。. （二）關節角度在肘關節角度上，原始握把 (Orig ) 擺動到最前端與最後端時的關節角度與徒手 (Free) 沒有顯著上的差異，推測此機台的握把擺動範圍參考自人體自然擺動的角度去設計，但握把在前端時 (P2、P3 期) 的擺動，因傳統橢圓機簡單的握把連桿設計，而無法達到與徒手 (Free) 的相同角度。因此未來設計上或許可以參考徒手 (Free) 的角度變化去設計。.

(71) 60. 在下肢關節角度方面（髖關節、膝關節），不同握把方式間並未有任何的差異性，也無發現是否有趨勢存在，但在踝關節角度上，因橢圓機為閉鎖式動力鍊，加上踏板的限制，使得踝關節大部分維持在背曲的位置（簡蕙蓮，2006），而當在徒手 (Free) 的踩踏方式下，踏板從最上端至最下端時 (P4 至 P1)，徒手 (Free) 踝關節都處在更背屈的情況，此情形可能因重心較不穩定，藉由踝關節的改變壓力中心的位置，使得身體保持更穩定且更容易施力於踏板的位置，在 Carey, Brown and Dairaghi (1997) 也指出，當固定受測者踝關節角度進行腳踏車踩踏，結果也顯示當踝關節角度被限制而無法蹠曲時，會無法有效率的進行踩踏。因此橢圓機踏板的角度設計，可能會影響到踩踏的平衡或是效率。. （三）身體質量中心身體質量中心在上下變化量方面，徒手 (Free) 踩踏的身體重心明顯變化較大，主要原因為沒有握把可提供支撐的地方，有握把 (Orig、3D) 的踩踏方式，其身體重量會分散在兩個踏板上，基底面積也較大，但在徒手 (Free) 的踩踏時，重心位置多半會在單一踩踏腳上，藉此才能穩定身體平衡，所以在踏板從最上端至最下端 (P4、P1 期) 會增加身體重量去進行踩踏，由此也可印證出股二頭肌有較低趨勢的原因。此外因重心上下變化量較大，在徒手 (Free) 的踩踏下會有較不穩定的情形發生，所以從使用者的角度上考量，年長者或是平衡能力較差的人，還是建議配合.

(72) 61. 握把來進行踩踏。. （四）握把軌跡從軌跡圖來看，3 軸自由度握把 (3D) 與原始握把 (Orig) 雖然有所不同，但差異並不明顯，而在徒手 (Free) 的運動軌跡上就與其他兩者差異甚大，徒手 (Free) 踩踏時的手部擺動，反映的是手部自然維持動作的方式，根據解剖學原理，手臂前擺時會向身體中線；後擺時肘關關節微向外，此擺動較能維持身體平衡與自然（吳賢文，2002），從本研究圖 4-4 也可看出，徒手 (Free) 在左右的擺動比有使用握把來的較多，顯示出即使在使用橢圓機手臂的自然擺動還是會向身體中線，而從矢狀面上來看，徒手踩踏 (Free) 的運動軌跡為類似一個 8 的形狀，且前後的擺動也較短，因此未來從事手把軌跡上的設計，如加入人體手臂自然擺動的軌跡，可參考此軌跡作為設計之方向。.

(73) 62. 二、握把前後距離與寬度之影響（一）肌電訊號握把的前後距離並不會影響到肱二頭肌的活化，而在肱三頭肌方面，卻發現一個現象，握把向後 20 cm (Proximal) 的踩踏方式會使得肱三頭有較大的趨勢，此現象可能因肘關節角度被限制住，因手肘過於屈曲的情況，產生了牽張反射的效應 (stretch shortening cycle)，因此會有一個保護的機制使肘關節產生伸展的力量，使得肱三頭肌活性有較大的情況，也可藉此增加上肢肌群的訓練量。在握把寬度方面，Lehman (2005) 研究不同握把寬度之仰臥推舉，其研究指出不同握把寬度，會影響到肱三頭肌和胸大肌活化，但本篇研究結果指出，上肢（肱三頭肌、肱二頭肌）和下肢的肌群不會隨著握把寬度的改變而有顯著的影響，沒有差異的原因可能為橢圓機提供上肢負荷較小（10% mvc 以下），因此改變握把寬度或前後距離對於上肢肌群影響甚小。. （二）關節角度握把前後距離與握把寬度的改變上，肘關節的角度改變是最為明顯的地方，隨著握把位置不同，角度也會不一樣。未來橢圓機握把擺動之角度，可將人體關節的活動度加入考量，使得其擺動幅度可適合一般人.

(74) 63. 之關節活動度。. （三）身體質量中心不同握把方面對於身體質量中心是沒有影響的，隨然改變的上肢擺動的位置，但僅手部的變化，而其他身體部位卻沒產生改變，因此身體質量中心無明顯改變。. （四）握把軌跡從結果圖 4-7、4-11，改變握把前後距離，可能會影響到握把前後與上下的擺動距離，握把越靠近身體，前後與上下的擺動幅度有變大的現象，當握把的擺動方式不同時，可能也會影響到人體運動表現。在其他方向的移動軌跡上，大都呈現類似的圖形，無明顯的差異。改變踏板的位踏會影響到其軌跡，進而影響到運動的表現（鄭巧鈴，2008），未來可以進一步討論握把軌跡對橢圓機運動之影響。. （五）握把力量不論在握把前後距離和寬度上，可觀察到力量大部分時期都呈現拉的力量（正值），很少出現推的動作，此一情形也詢問過受測者，多數人也認為此橢圓機握把大多以拉的動作去做擺動，推的動作較不順暢，此原因可能因此機台連桿設計的關係，當握把往前 (P1、P2 期)，為另一側飛輪主要動力期，因此向前的力量無法有效的提供至對側飛輪，而.

(75) 64. 在握把往後期（P3、P4 期）用向後的力量反而容易和同側飛輪順勢轉動。. 三、結論本篇針對橢圓機之握把差異進行生物力學之研究探討，在先前都未有此相關性的發表與論著，因此希望透過本研究更能了解握把在橢圓機所扮演的角色，日後可提供給橢圓機使用者以及開發者之參考。本研究結果可證實，一、傳統橢圓機之握把對於上肢的訓練相當有限。二、手部自然擺動軌跡與握把擺動軌跡差異甚遠。三、三軸自由度握把 (3D) 的設計對於肱二肌訓練可能較有幫助。四、有無握把會影響到股二頭肌的活化和踝關節角度。五、握把前後距離可能會影響到肱三頭肌活化。建議：一、橢圓機運動可增加上肢運動量。二、橢圓機握把軌跡可模擬手部自然擺動的軌跡來設計，可能會較符合人體上肢自然的動作。三、橢圓機握把設計上，可考量以多向度的握把，以提高上肢肌群的訓練量。四、橢圓機踏板角度可為日後研究之方向。.

(76) 65. 引用文獻中文部分吳賢文（2003）。不同擺臂訓練對百公尺成績之影響。未出版碩士論文，國立體育學院，桃園縣。林滿妹 (2007)。橢圓機運動效益評估。未出版碩士論文，朝陽科技大學，臺中縣。洪征貝 (2003)。橢圓運動機之運動合成。未出版碩士論文，國立成功大學，臺南市。徐振凱 (2006)。以人體運動分析對橢圓滑步機作功能性評估。未出版碩士論文，朝陽科技大學，臺中縣。黃彥鈞 (2007)。橢圓機不同坡度運動經濟性及下肢運動軌跡研究。未出版碩士論文，國立中正大學，嘉義縣。簡惠蓮 (2006)。橢圓機運動之下肢運動生物力學分析。未出版碩士論文，臺灣大學，臺北市。經濟部技術處（ITIS），醫療器材工業年鑑，第 33–58 頁，2006。鄭巧鈴（2008）。橢圓機不同負荷型式之運動學及肌電分析。未出版碩士論文，臺北市立體育學院，臺北市。劉佳玲 (2004)。適應性動作調整對活動下肢生理負荷之影響-以跑步機與橢圓形軌道機為例。未出版碩士論文，朝陽科技大學，臺中縣。. 英文部分 Browder, K. D., & Dolny, D. G. (2002). Lower extremity muscle activation during elliptical trainer exercise. Medicine and Science in Sports and Exercise, 34(5), S35..

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(79) 68. 個人小傳作者姓名：李俊義出生年月：72 年 11 月 25 日出生地：桃園縣主要學歷：國立臺灣師範大學運動科學研究所（2007~）國立花蓮教育大學體育學系畢業 (2002~2006) 桃園縣私立復旦高級中學畢業 (1998~2002) 工作經歷：桃園縣復旦國小代課教師臺灣運動生物力學學會執行秘書桃園縣民權游泳池救生員桃園縣民權游泳池游泳教練重要學術著作： Lee, Chun. Y., Chung, P. H., & Shiang, T. Y. (2008). The effect of loading and velocity on muscle power outpout. Proceeding 26th International Conference on Biomechanics in Sports (pp. 94-97). Korea: Seoul. 專業證照：C 級游泳裁判、教練證 C 級籃球裁判、教練證 C 級田徑裁判證術科專長：田徑、籃球.

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