男子網球選手第一發球與第二發球 持拍臂之運動學分析

男子網球選手第一發球與第二發球 持拍臂之運動學分析

江勁政

、江勁彥

、湯文慈

1長庚科技大學

2國立彰化師範大學

3國立體育大學

摘　要

目的：探討男子網球選手執行不同發球動作時，持拍臂肩、肘、

腕關節及拍頭等在運動學參數上之特徵及差異。方法：以八名國內網 球選手為研究對象，在實際比賽場地以兩部高速攝影機（250Hz），同 步拍攝受試者執行二種不同發球動作後，利用Kwon3D動作分析系統進 行影片數位化處理分析並以直接線性轉換（direct linear transformation, DLT）的方法，來獲得三度空間的運動學參數。結果：執行第一發球和 第二發球時，肩、肘、腕關節及拍頭最大速度依序遞增，且出現的時間 均在加速期內。而第一發球在到達肩、肘、腕關節、拍頭最大速度和到 達擊球點所需時間，均比第二發球慢。二種發球動作角度曲線變化類 似，肩關節角度在擊球前均持續增加；肘關節伸展角度在加速期的變化 最大。肩、肘、腕關節最大角速度依序在加速期內出現，其中以肘關節 角速度增加最多。二種不同發球動作腕關節角加速度皆大於肘關節與肩 關節。結論：為讓發球球速達到最快，肩、肘、腕關節及拍頭速度應在 加速期內依序遞增，第二發球在加速期前，拍頭位置應盡量降低，加速 期時應加快拍頭速度，而加速期在第一或第二發球動作中均扮演了關鍵 性的角色。

關鍵詞：網球發球、生物力學、拍頭速度、上肢、三維分析

* 通訊作者：江勁政；長庚科技大學；E-mail: [email protected]

壹、緒論

網球運動目前已成為國內受關注及歡迎的運動項目之一，長期以來亦是全國 大專校院運動會十項應辦運動競賽種類之一。國內男選手和國際頂尖選手比較，在 底線正、反拍擊球等技術方面有長足的進步，可是唯一不受對方來球影響，能自己 掌控的技術-發球，往往無法在關鍵時刻發揮水準，例如，在局末點（game point）

時，以愛司球（ace）直接得分贏得發球局或解除被破發球局（break point saved）危 機等。觀察網球四大公開賽，除了使用紅土球場的法國網球公開賽外，從溫布頓、

美國到澳洲網球公開賽，歷屆冠軍有很多位都是重炮型發球選手。如17歲即奪得溫 布頓男子單打冠軍的貝克（Boris Becker）、山普拉斯（Pete Sampras）及2003年美 國網球公開賽盟主暨發球速度（249km / hr）紀錄保持人羅迪克（Andy Roddick）

等，他們在比賽中均以強力發球之戰術使自己有較多的優勢。邱豐傑（2010）曾針 對四大網球公開賽男子單打之技術型態及勝負方攻守技術表現進行探討，結果指 出，較屬於控制性的非受迫性失誤及雙發球失誤等二項因素，確實是會影響比賽 最後勝負的重要關鍵；而勝負方各項攻守技術表現經單因子變異數分析後顯示，

在勝方則得知有愛司球、非受迫性失誤、接發球贏球率、致勝球及第二發球平均 速度等項目有顯著差異。因此，無論是何種場地，發球仍是決定勝負的關鍵技 術，如能提昇發球速度及贏球率並減少雙發球失誤，致勝的機會就會提高。

從理論的角度來看，影響發球擊球後球速的因素包括：球拍和球的質量、球 拍和球接觸時的摩擦力、彈性恢復係數及擊球前拍頭速度等，而根據動量─衝量 定理可得知，要使一物體動的更快，應延長作用力的時間，亦即為了改變球體的 動量與最後的速度，必須加快拍頭速度、延長拍面與球接觸的時間，以增加揮拍 力量之衝量。

此外，根據功與能量原理可知，外力對物體所做的功等於物體動能及位能的 改變，所以，發球前為了增加位能的變化量，在後擺期（cocking phase）時，必 須盡量拉長肌肉，藉由下肢彎曲、軀幹扭轉、上肢伸展之順序來增加彈性位能及 重力位能，接著在加速期（acceleration phase）時，使力量由腳傳遞至軀幹、持拍 臂，然後將動能藉著球拍傳到球體上。

Brody（1987）指出，如果不考慮重力和流體力量對球的影響，要將球發進有 效區，擊球點高度至少要2.74公尺，即使選手利用平擊發球在這個高度擊到球，

能發進有效區的範圍也很小，因此，為了要增加有效區的範圍又不想讓球速減少

太多，就必須採用上旋發球，而標準的上旋發球，應有一倒U字型弧度的球行軌跡 和落地後高反彈，基於馬格納斯效應（magnus effect），上旋發球的過網高度會比 平擊發球高，通過球網後下墜的速度亦比平擊發球快，球出界的機率將相對減少。

從實務的觀點來說，強力發球之選手並非所有比賽均採取相同策略，而是視 場地而定，如美國公開賽及溫布頓公開賽，場地分別為硬地及草地球場，這兩種 球場因場地與球之間摩擦係數（coefficient of friction, COF）小、球速快，較適合 強力的平擊發球並配合上網來攻擊，因此，發球後較能給予對手強大的壓迫感。

相反地，如法國公開賽，其場地為紅土球場，因場地與球之間摩擦係數大，容易 削減球速，若一昧的使用強力平擊發球，反而易造成反效果，徒耗體力。如能改 用上旋發球，由於落地後彈跳較高，反而可迫使對手退到後場，增加回擊困難 度，所以，如何在不同場地作更有效的發球，將是能否保住發球局的關鍵所在。

雖然優秀選手會根據場地、對手接發球缺點、比數等狀況來決定發球的策略，但 利用上旋發球來進行第一發球或第二發球，在情境上仍會有所不同，因為，選手 在面臨第二發球非進不可的壓力下，對於準確度的要求將大於對速度的要求，因 此，本研究操作性定義將第一發球定義為平擊發球，第二發球定義為上旋發球。

從強力發球型職業選手的比賽中可以發現，在第一發球時，常以平擊式的快 速發球來威脅對手，藉以提昇一發得分率（1st serve points won），但球速快，

失誤率就高。選手如果沒有很高的一發進球率（1st serve percentage），那麼強 調準確度的第二發球就顯得非常重要，由於第二發球再不進就會造成雙發失誤

（double fault），直接送給對手一分，因此，選手大多以較不容易失誤的上旋球 發向對手較難回擊的位置。事實上，職業選手之所以有別於業餘選手，關鍵在於 第二發球的表現，因為要贏得發球局，不僅要提昇一發得分率，二發得分率也必 須要優於對手。例如，在2010年溫布敦網球公開賽八強賽中，我國職業選手盧彥 勳歷經4小時又36分鐘的五盤纏鬥後，險勝曾高居世界排名第一、曾獲三屆溫布 敦網球公開賽亞軍的美國選手羅迪克，締造歷史成為臺灣第一位闖進八強的第一 人，賽後的比賽數據量化分析中顯示，羅迪克雖然全場比賽有38記愛司球，但也 有8個雙發失誤，盧彥勳在一發進球率（60%）及得分率（81%）雖不如羅迪克

（68%, 84%），但在二發得分率（55%）則優於對手（52%），當然在面臨破發 點時保住發球局，並在關鍵時刻破對方發球局等也是獲勝關鍵。究竟這二種發球 在運動學的參數上有何差異？正確的第一、第二發球，上肢持拍臂擊球前揮擊特 性為何？其間應當有值得探究的地方。

過去國內研究者多以二度空間攝影分析法針對第一發球進行相關研究（黃俊 清，1993），而且僅分析拋球高度、擊球球速和擊球點高度等，較缺乏第二發 球及持拍臂的資料。部份利用實驗室三度空間動作分析系統進行研究（羅國城、

王苓華，2003；2007），主要探討第一發球之動力傳遞，以及不同發球方式軀 幹、下肢運動學與重心力矩之分析。而國外針對發球動作有較多三度空間動作分 析相關文獻（Elliott, Fleisig, Nicholls, & Escamilia, 2003; Gordon & Dapena, 2006;

Sprigings, Marshall, Elliott, & Jennings, 1994），主要探討發球時肩、肘關節的 負荷及貢獻度，對於不同發球動作運動學參數上的差異仍待釐清。Bahamonde

（2000）針對發球時身體角動量在三個軸向的改變研究指出，接近擊球時，

大部分角動量集中於持拍臂（75.1%），而持拍臂的角動量大部分集中於球拍

（35.9%）和前臂（25.7%）肢段，因此，持拍臂的探討是本研究的重點。事實 上，發球動作在網球各項擊球技術中屬於高難度的動作，初學者常因不正確的動 作導致運動傷害，藉由觀察優秀網球選手在不同發球方式的動作表現，將可供初 學者作為典範。為增加研究的應用性，本研究將在實際比賽場地，針對男子網球 選手執行不同發球動作時，進行三度空間動作分析實驗，並探討持拍臂肩、肘、

腕關節及拍頭在運動學參數上之特徵及差異。期能將研究結果提供網球教師教 學、教練指導、運動員選才及選手修正動作時參考。

貳、方法

本研究是以八名大專男子網球選手為研究對象，年齡21.3 ± 0.9歲、球齡11.5

± 1.7年、身高178.8 ± 4.4公分、體重70.8 ± 8.9公斤。本研究使用二臺高速攝 影機系統（RedLake Motion Scope, PCI 1000 SC），拍攝速度均為250Hz、快門 為1/5000，同步擷取發球動作影像資料，測速槍一支（JUGS Professional Sports Radar）紀錄發球速度，以判定是否為有效球，三度空間座標架一組（25個參考 點）用來轉換三度空間的方向及座標位置。所得的影像資料以Kwon3D動作分析 軟體（Visol, Inc.）進行直接線性轉換與運動學參數運算，以獲得X、Y、Z三軸向 座標值資料。

正式實驗時，要求受試者站在底線左側發球區的位置，模擬比賽時，以第一 發球平擊方式將球全力發進有效目標區（3.2 × 2.1 m），為將疲勞干擾因素盡量 降低，無論有效球或無效球，每發五球必須休息1分鐘，待發進十個有效球後，即

將有效球影像資料存檔，休息三分鐘後，受試者接著以第二發球上旋方式將球發 進有效區，待發進十個有效球後，請工作人員將影像資料存檔。

本研究發球動作各期別分期方式如下：

（一） 後擺期（cocking phase）：本研究定義後擺期為拋球後，從持拍臂拍頭最 高點揮擊至拍頭最低點期間。後擺期起點為拍頭揮擊至最高點瞬間。

（二） 加速期（acceleration phase）：從拍頭最低點向上揮擊到擊球剎那止，定義 為加速期。加速期起點為拍頭揮擊至最低點瞬間。

本研究共分析三種角度，分別為肩關節外展與內收角度、肘關節的屈曲與 伸張角度及腕關節屈曲、伸張角度。肩關節部分，為避免影響受試者執行發球動 作，標誌僅貼於關節點，故本文僅探討外展與內收角度。

資料處理時，分別點取二部攝影機的第一發球與第二發球動作之球拍標誌點

（Landmark）及身體標誌點共10個，包括：球拍拍頭、拍框左側、拍框右側、

右肩關節、左肩關節、右手肘關節、右手腕關節、右手指尖、右髖關節、左髖 關節。人體的7個標誌點將人體簡化為4個鋼體肢段（Rigid Body），分別為：

軀幹、右上臂、右前臂、右手。以肢體近端及遠端的兩個關節點來代表肢體的 位置。

統計分析部分以敘述統計（平均數及標準差）分析所有受試者之基本資料。

再以相依樣本t檢定比較受試者操作二種不同發球動作時，各運動學參數的差異，

本研究收集資料後以SPSS for Windows 15.0版統計套裝軟體進行處理，統計數值 的考驗均以α = .05為顯著水準。並利用Sigma Plot 8.0版軟體繪成圖表，以利於分 析比較。

參、結果

一、關節、拍頭、球速分析及時序探討

本研究受試者肩、肘、腕關節、拍頭最大合速度以及球的水平速度分析結果 如表一所示。由表一可發現，選手執行第一發球時各關節和拍頭最大合速度大於 第二發球時，但未達顯著差異，而第一發球水平球速顯著較快。從近端的肩關節 到遠端的腕關節，關節速度依序遞增，尚符合動力鏈（kinetic chain）的原理。

表二為到達肩、肘、腕關節、拍頭最大合速度和到達擊球點所需時間的時間 序列結果表。從表二可看出，選手不論第一發球或第二發球，從拋球到擊中球的 時間均不會超過1秒鐘，動作相當快速，而第一發球在到達肩、肘、腕關節、拍頭 最大速度和到達擊球點所需時間，均比第二發球慢，但未達顯著差異。其中，肩 關節慢了0.06秒，肘關節、腕關節和拍頭皆慢0.04秒，到達擊球點時間亦慢了0.04 秒。二種發球動作到達拍頭最大合速度時間均比擊球點時間早。

表二　到達肩、肘、腕關節、拍頭最大速度和到達擊球點所需時間序列結果表

第一發球 第二發球

到達肩關節最大合速度時間（sec） 0.73 ± 0.04 0.67 ± 0.02 到達肘關節最大合速度時間（sec） 0.74 ± 0.03 0.70 ± 0.05 到達腕關節最大合速度時間（sec） 0.78 ± 0.03 0.74 ± 0.04

到達拍頭最大合速度時間（sec） 0.82 ± 0.04 0.78 ± 0.05

到達擊球點時間（sec） 0.83 ± 0.04 0.79 ± 0.03

由實驗結果顯示，各選手本身的角度運動型態及角速度變化型態皆非常相 似，以下將放置一位選手的結果。圖一（1）、（2）分別為第一發球與第二發球 肩、肘、腕關節、拍頭，速度─時間曲線圖。本文將拋球時，球離手瞬間定義為 動作開始時間，即為時間軸原點，第一發球動作從拋球至擊球瞬間共經過0.83 ± 0.04秒，其中從球離手至後擺期弓身起點為0至0.55秒，從後擺期起點至加速期起 點為0.55秒至0.71秒，從加速期起點至擊球瞬間為0.71秒至0.83秒。而第二發球動 作從拋球至擊球瞬間共經過0.79 ± 0.03秒，其中從球離手至後擺期弓身起點為0至 0.5秒，從後擺期起點至加速期起點為0.5秒至0.66秒，從加速期起點至擊球瞬間為 0.66秒至0.79秒。

表一　肩、肘、腕關節、拍頭最大合速度及球速分析結果表

第一發球 第二發球

肩關節最大合速度（m / sec） 4.22 ± 0.45 4.09 ± 0.23 肘關節最大合速度（m / sec） 7.99 ± 0.52 7.07 ± 0.41 腕關節最大合速度（m / sec） 10.77 ± 1.23 9.89 ± 1.08 拍頭最大合速度（m / sec） 27.42 ± 3.17 25.80 ± 4.06

水平球速（m / sec）* 46.37 ± 4.52 35.16 ± 5.76

*p < .05

從圖一整體觀察，不論第一發球或第二發球，加速期所佔的時間均比後擺期 短，且第一發球和第二發球，肩、肘、腕關節及拍頭最大速度出現的時間均在加 速期內。二種發球動作速度─時間變化曲線圖在拋球準備期和後擺期大致相似，

進入加速期後肩、肘、腕關節速度先依序遞增再依序遞減，而當肩、肘關節速度 在遞減同時，腕關節速度則持續遞增。

二、關節角度運動分析

圖 二 （1）、（2）為第一發球與第二發球肩、肘、腕關節，角度─時間 曲線圖。在拋球準備期時，二種發球動作角度曲線變化類似，肩關節角度持續 增加，肘關節角度因屈曲（flexion）而逐漸減小，腕關節角度則接近180度維 持穩固。到了後擺期，當身體軀幹持續朝逆時針方向（由受試者後方觀之）伸 展（extension）並向右旋轉（rotation）時，肩關節角度隨著肩關節水平外展

（horizontal abduction ）和外旋（external rotation）而繼續增加。第一發球動作之 肘關節角度，在拍頭最高點至最低點的後擺期階段，因伸展而開始增加，第二發 球的肘關節角度，在後擺期前段幾乎不變，到了後段甚至有些減少。

進入加速期後，身體軀幹開始朝順時針方向屈曲（flexion）並向左旋轉

（rotation）時，肩關節角度隨著肩關節水平內收（horizontal adduction）和內旋

（internal rotation）而持續增加。肘關節角度因伸展而快速增加，這個階段是肘關

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圖一　 肩、肘、腕關節、拍頭，速度―時間曲線圖：（1）為第一發球與（2）第二 發球，線a為後擺期（cocking）起點，線b為加速期（acceleration）起點，

線c為擊球瞬間（impact）

節角度伸展變化最大的時候。腕關節角度在加速期隨著拍頭上舉由伸展漸往屈曲 的方向改變。在擊球後的跟隨動作，肩關節角度才開始內收，肘關節在第二發球 擊球後，先持續伸展然後才開始屈曲，不若第一發球擊球後立刻屈曲。

三、關節角速度及角加速度分析

角速度具有方向性，如果呈現正值，表示角速度在伸展方向變化，如為負 值，則是角速度往屈曲方向變化。圖三（1）、（2）為第一發球與第二發球肩、

肘、腕關節，角速度─時間曲線圖。在拋球後至後擺期前，第一和第二發球肩關 節角速度皆維持在正值，表示肩關節持續伸展，而肘關節角速度相反，皆在負值 變動，朝向心方向屈曲。肩、肘、腕關節最大角速度依序在加速期內出現，且肘 關節在加速期拍頭向上揮擊的過程中，角速度增加最多，這是網球項目持拍臂運 動學分析的重要動作特性。

圖四（1）、（2）為第一發球與第二發球肩、肘、腕關節，角加速度─時 間曲線圖。在關鍵的加速期擊球過程中，肩關節在加速期前段先減速伸展，準備 讓肘關節和腕關節依序發力，因此，最大角加速度產生的順序和角速度相同，依 序為肩、肘、腕關節。而二種發球動作腕關節最大角加速度皆大於肘關節與肩 關節。

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圖二　 肩、肘、腕關節，角度―時間曲線圖；（1）為第一發球、（2）為第二發 球，線a為後擺期起點，線b為加速期起點，線c為擊球瞬間

肆、討論

Kibler and Van der Meer（2001）指出，要達到強力發球的標準，身體各肢 段必須如同動力鏈般依序協調產生最佳化的拍頭位置、揮拍軌跡和拍頭速度然後 擊球。本研究第一發球與Elliott, Marsh, and Blanksby（1986）的研究結果比較：

肩、肘、腕關節合速度分別為2.7 m / sec、6.7 m / sec、10.3 m / sec均比本研究小，

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圖三　 肩、肘、腕關節，角速度―時間曲線圖；（1）為第一發球、（2）為第二發 球，線a為後擺期起點，線b為加速期起點，線c為擊球瞬間

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圖四　 肩、肘、腕關節，角加速度―時間曲線圖，（1）為第一發球、（2）為第二 發球，線a為後擺期起點，線b為加速期起點，線c為擊球瞬間

但拍頭速度34.8 m / sec卻比本研究結果快，顯示出上肢各關節合速度快，未必能 使拍頭速度達到最快，尤其水平球速和國外優秀選手至少50 m / sec比較起來，還 是慢了些，Cohen, Mont, Campbell, Vogelstein, and Loewy（1994）曾探討上肢身 體要素如何影響發球速度，結果指出，肌力和柔軟度和發球球速有關，因此，應 當是國外選手持拍臂的肌力較佳，在加速期時反而能夠更放鬆，使各關節角速度 增加讓拍頭加速更快。

動力鏈肢段由近端至遠端的順序原理（proximal-to-distal sequence principle）

是指連結肢段的運動是從近端開始，緊接著遠端肢段運動是開始於前一近端肢段 達到最大速度時，而且此遠端肢段的最大速度大於相連近端肢段的最大速度，在 網球發球動作的應用是指身體各肢段（腿、軀幹、肩、手臂和手）的協調作用，

開始於地面對腳的反作用力，結束於快速揮拍擊球。它的目的是使最後的肢段

（手和球拍）在最佳的位置以最佳的速度將球擊過網。

Putnam（1993）曾提到，有三種描述肢段近端至遠端順序原則的方法：

（一）肢段的端點速度可顯示出由近端到遠端順序的運動型態，而遠端肢段的點 會有較快的速度，然而這對肢段順序的描述比較有限；（二）關節角速度除了能 提供肢段由近端到遠端的運動順序描述外，而且較能顯示出動作的特性；（三）

肢段的角速度也能提供肢段由近端到遠端的運動順序描述，雖然，較難顯示出關 節的動作，但能解釋肢段運動的模式，進一步了解近端肢段運動如何讓遠端肢段 運動加速。本研究在執行二種發球動作進入加速期後，肩、肘、腕關節速度依序 遞增，這表示為了要讓拍頭速度達到最快，各關節依序加速後，將動能傳遞至拍 頭，這一連串類似連桿系統（linkage）原理，就是希望整個揮拍過程能利用軀幹 及手臂加上球拍轉動，以拍頭甜區之切線速度擊球。而不同專項運動，透過關節 角速度資料的呈現，可了解不同專項運動的動作特性，例如，彭賢德、黃長福與 彭賢勝（2007）曾針對鉛球選手投擲臂進行生物力學分析，結果指出，投擲過程 肩、肘、腕關節角速度大小及最大速度出現的時間依序為肘、肩、腕關節，這是 因為鉛球是較重的物體，而且是利用推的方式將其投擲出去，可見和網球發球是 不同的動作特性，訓練的重點和方式也將有所不同。

二種發球動作角度曲線變化比較，不同之處在於第二發球的肘關節角度在 後擺期後段有些減少，這應當是選手為了增加拍頭垂直速度，使拍頭位置在加速 期前盡量降低，伸展肌肉儲存更多彈性位能所致。在加速期中，伸展角度變化 最大的則是肘關節。優秀選手在發球加速期時會盡量伸展肘關節，而Gordon and

Dapena（2006）亦指出肘關節伸展有助於增加拍頭速度，而第二發球在肘關節開 始屈曲的時間點較第一發球慢，且擊球後仍持續伸展，推論應是選手為了增加球 體上旋，而導致前臂旋前（pronation）的程度較第一發球大使然。整體來說，肩 關節在後擺期和加速期的角度變化幅度較小，而肘關節伸展角度在加速期的變化 最大，這和Sprigings et al.（1994）的研究結果類似。

肩、肘、腕關節在擊球瞬間均是在做減速運動，這是因為擊球時，肩、肘、

腕關節均已達到最大關節活動度（range of motion, ROM），由於球拍重量關係，

人體肢段會產生減速的保護機制，以避免關節因過度伸展造成脫位或脫臼，尤其 遠端的腕關節如果在擊球瞬間加速過快，將容易造成運動傷害，選手必須特別注 意。本研究持拍臂各關節最大角加速度依序為腕＞肘＞肩，亦符合肢段近端至遠 端依序加速原則。

依據結果與討論臚列出以下結論與建議：結論：（一）選手執行第一發球 和第二發球時，從近端到遠端的肩、肘、腕關節，及拍頭最大速度依序遞增，

俾讓球速達到最快。最大速度出現的時間均在加速期內依序出現，符合動力鏈 原理。（二）肩、肘、腕關節最大角速度依序在加速期內出現，其中以肘關節 角速度增加最多，腕關節角速度則在加速期末達到最快，並在擊球前下降，以避 免在擊球瞬間加速過快，造成運動傷害。（三）二種不同發球動作腕關節角加速 度皆大於肘關節與肩關節。建議：（一）選手日常訓練時，可加強上肢肌力和柔 軟度訓練，尤其是上臂肱二頭肌和肱三頭肌的鍛鍊，以強化發球球速，並讓上肢 肩、肘、腕關節依序發力，使力量有效傳遞至拍頭。（二）選手為了保住發球局 而爭取一發得分率的同時，也應強化二發得分率，因此，執行第二發球時，應加 快拍頭垂直及左右水平速度，藉由拍面快速向上刷過球體（upward brushing）的 動作，讓球落地後朝對手反拍方向產生高彈跳，以增加對手接發球時的困難度。

（三）如果在缺乏測力板的力量資料或僅有一部攝影機進行動作分析時，建議可 以拍頭位置當作分期點。（四）未來研究可搭配測力板或肌電儀等實驗儀器進行 動力學分析，以探討下肢或持拍臂各肢段在發球時的貢獻度和肌肉活化等相關資 訊，此外，也能夠繼續探討發球時，身體質心之位移和速度變化，以及球的拋射 角度與高度等拋體運動的要素。

參考文獻

邱豐傑（2010）。網球公開賽男子單打之技術型態。大專體育學刊，12卷，83-95 頁。

彭賢德、黃長福、彭賢勝（2007）。三種不同重量鉛球站立式投擲之投擲臂生物 力學分析。大專體育學刊，9卷，97-105頁。

黃俊清（1993）。網球平擊式發球之運動學分析。國立體育學院運動科學研究所 碩士論文，未出版，桃園縣。

羅國城、王苓華（2003）。網球發球軀幹及下肢運動學與重心力矩之分析。大專 體育學刊，5卷，205-215頁。

羅國城、王苓華（2007）。網球平擊發球之動力傳遞。運動教練科學，8期，

19-27頁。

Bahamonde, R. E. (2000). Changes in angular momentum during the tennis serve.

Journal of Sports Science, 18, 579-592.

Brody, H. (1987). Tennis science for tennis players. Philadelphia: University of Pennsylvania Press.

Cohen, D. B., Mont, M. A., Campbell, K. R., Vogelstein, B. N., & Loewy, J. W.

(1994). Upper extremity physical factors affecting tennis serve velocity.

American Journal of Sports Medicine, 22, 746-750.

Elliott, B., March, A. P., & Blanksby, B. (1986). A three-dimensional cinematographic analysis of the tennis serve. International Journal of Sport Biomechanics, 2, 260- 271.

Elliott, B., Fleisig, G., Nicholls, R., & Escamilia, R. (2003). Technique effects on upper limb loading in the tennis serve. Journal of Science and Medicine in Sport, 6, 76-87.

Gordon, B. J., & Dapena, J. (2006). Contributions of joint rotations to racquet speed in the tennis serve. Journal of Sports Sciences, 24, 31-49.

Kibler W. B., & Van der Meer, D. (2001). Mastering the kinetic chain. In P. Roetert

& L. Groppel (Eds.), World-class tennis technique: Master every stroke.

Champaign, IL: Human Kinetics.

Putnam, C. A. (1993). Sequential motions of body segments in striking and throwing skills: Descriptions and explanations. Journal of Biomechanics, 26 (Suppl. 1), 125-135.

Sprigings, E., Marshall, R., Elliott, B., & Jennings, L. (1994). A three-dimensional kinematic method for determining the effectiveness of arm segment rotations in producing racquet-head speed. Journal of Biomechanics, 27, 245-254.

Kinematics Analysis of the Hitting Arm between First and Second Serves in

Male Tennis Players

Ching-Cheng Chiang

, Jinn-Yen Chiang

, Wen-Tzu Tang

1Chang Gung University of Science and Technology

2National Changhua University of Education

3National Taiwan Sport University

Abstract

The aim of this study was to investigate the difference of three- dimensional kinematics of the first and second serves performed by male tennis players. Eight right-handed experienced male tennis players were recruited in this study. Two synchronized high-speed video systems (250 Hz) were used to record the participants’ serving motions for serves performed on the tennis court. Images were digitalized by Kwon 3D performance analysis system and the 3D kinematics parameters were obtained by using the direct linear transformation (direct linear transformation, DLT) method. The results of this study were summarized as followed: In acceleration phase, it was found that the proximal-to- distal (shoulder, elbow and wrist) maximum joint velocities and racket head velocity sequentially increased during the execution of the first and second service. The timing of joint, racket maximum speeds and impact for first serve was lower than second serve. The angle-time plot patterns of first serve were similar to second serve. The shoulder joint angle were constantly increased during cocking and acceleration phase. The angle of

* Corresponding author: Ching-Cheng Chiang; Chang Gung University of Science and Technology;

E-mail: [email protected]

elbow extension was having greatest change during acceleration phase.

The change of joint angular velocity was much greater in acceleration phase than in the phase of cocking. In addition, it was found that the shoulder, elbow and wrist joint angular velocities sequentially increased occurred in the acceleration phase, and the elbow joint angle velocity was having largest increasing. The angular acceleration velocity of wrist joint was much greater than the elbow and shoulder joints in different serving motion. It was concluded that acceleration phase play an important role in tennis serving motions.

Key words: tennis serves, biomechanics, racket speed, upper extremity, 3D analysis