王祥茂

(廣州體育學(xué)院，廣州 510500)

影響棒球投手投球速度的關(guān)鍵因素研究

王祥茂

(廣州體育學(xué)院，廣州 510500)

綜合運(yùn)用攝像法、運(yùn)動學(xué)測試法、動力學(xué)測試法、比較分析法和運(yùn)動解剖學(xué)分析法，對影響棒球投手投球速度的關(guān)鍵因素進(jìn)行研究。結(jié)果表明：投手伸踏腳落地與球出手最快時的地面反彈力最大，支撐腳的沖量最大；投手的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)在投手投球伸踏腳落地球出手最快階段角加速度最大；影響投手投球速度的關(guān)鍵因素是投手伸踏腳的地面反彈力、支撐腳蹬伸沖量，以及各關(guān)節(jié)的角加速度；具體可通過增加投手肩肘外展外旋柔韌度、背弓幅度、主要關(guān)節(jié)肌群力量、肌力伸長度和收縮速度等訓(xùn)練來提高投球速度。

棒球；投手；球速；伸踏腳地面反彈力；支撐腳蹬伸沖量；角加速度

1 研究進(jìn)展

棒球是一項在國際上有重要影響的競技項目。全球近30個國家和地區(qū)將棒球列為“國球”或“第一運(yùn)動”。職業(yè)運(yùn)動排名是一個國家或地區(qū)競技水平的重要體現(xiàn)。目前在亞洲男子球類集體項目中，只有棒球項目曾獲得奧運(yùn)會、世界杯冠軍。因此可以認(rèn)為，亞洲人種是適合從事棒球運(yùn)動的。

近幾年，中國棒球隊參加世界棒球經(jīng)典賽、奧運(yùn)會、亞運(yùn)會等重要賽事并取得一些進(jìn)步，雖幾次戰(zhàn)勝具有世界水平的中國臺灣棒球隊，但世界排名仍在中游水平。我國棒球投手投球速度與世界水平存在較大差距，是當(dāng)前我國棒球運(yùn)動競技水平不高的重要因素。在高水平比賽中，投手能力決定球隊70%—80%的勝利因素[1]，而投手球速在其中發(fā)揮著50%—60%的重要性。1998年我國學(xué)者楊靜宜等人[2]通過肘關(guān)節(jié)屈伸肌群等速肌力測定分析，發(fā)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)屈、伸肌群最大力矩與肌肉收縮方式的關(guān)系符合一般規(guī)律，即離心收縮大于靜力收縮，靜力收縮又大于向心收縮。2006年，曾四清等人[3]研究提出，棒球投手優(yōu)勢臂的外旋活動范圍明顯大于非優(yōu)勢臂，而其優(yōu)勢臂的內(nèi)旋活動范圍則顯著小于非優(yōu)勢臂，優(yōu)勢臂的整個旋轉(zhuǎn)活動范圍也明顯小于非優(yōu)勢臂。何勇[4]應(yīng)用超聲波動力學(xué)測量儀和CYBEX-6000等速儀器對棒球投手肩關(guān)節(jié)內(nèi)外旋活動范圍、內(nèi)外旋肌力進(jìn)行測量，探討棒球投手肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動特征，指出肩關(guān)節(jié)既是軀干和上肢的連結(jié)點，又是上肢運(yùn)動的支點，是保證上肢完成三維活動的重要結(jié)構(gòu)。2010年，馬秀杰等人[5]從運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、肌電學(xué)方面對影響棒球投球動作質(zhì)量及投球速度的關(guān)鍵部位和因素進(jìn)行探討。

可見，近十年來我國學(xué)者逐漸認(rèn)識到棒球投手的重要性，投手投球技術(shù)也引起了國內(nèi)一些學(xué)者的關(guān)注和探討，但棒球投手生物力學(xué)方面的研究成果還比較少，不足5篇，國外的相關(guān)文章也僅幾十篇，再具體到影響棒球投手投球速度關(guān)鍵因素的分析則更少。為此，本文采集了國內(nèi)優(yōu)秀棒球投手的地面反彈力、沖量，并利用Simi影像采集系統(tǒng)獲得投手投球動作，并與三維測力臺同步獲得運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)數(shù)據(jù)，找出影響棒球投手投球速度的關(guān)鍵因素。研究結(jié)果對我國棒球投手投球速度的提高有一定參考價值。

2 研究對象和方法

2.1 研究對象

以參加廣州亞運(yùn)會棒球賽和獲得2009年全運(yùn)會棒球賽、2010年中國棒球聯(lián)賽與全國棒球錦標(biāo)賽冠軍的隊伍及2012年第八屆全國大學(xué)生棒球聯(lián)賽體院組冠軍隊的7名投手為研究對象。7名投手全部參加了實驗室測試，身心健康，投手采用側(cè)身肩上直線球投法。

2.2 研究方法

2.2.1 攝像法

采用Simi影像采集系統(tǒng)(高速三維動作捕捉系統(tǒng))三維定點拍攝測試對象的投球動作。拍攝頻率為100 Hz，攝像機(jī)高度為1.2 m，攝像機(jī)面對測力臺。測試投手面對投球網(wǎng)投球(距投球網(wǎng)5 m)。拍攝范圍5 m。

2.2.2 運(yùn)動學(xué)測試法

采集運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)后，用Simi影像采集系統(tǒng)進(jìn)行投球動作解析，并對各關(guān)節(jié)角速度變化曲線進(jìn)行記錄、監(jiān)測和分析。

2.2.3 動力學(xué)測試法

采用KISTLER三維測力臺，對測試對象的投球動作進(jìn)行三維測力，采樣頻率為1 000 Hz。測力臺后方是投手支撐腳踩踏位置，前方是投手伸踏腳落地位置。通過KISTLER三維測力臺采集投手支撐腳、伸踏腳的地面反彈力和沖量變化曲線圖。對投手雙腳地面反彈力和沖量變化曲線圖進(jìn)行記錄、監(jiān)測和分析。

2.2.4 比較分析法

就采集到的測試對象的投球技術(shù)動作，與國外優(yōu)秀投手關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行比較分析。

2.2.5 運(yùn)動解剖學(xué)分析法

采用運(yùn)動解剖學(xué)方法，對影響投手投球速度的關(guān)鍵因素(主要關(guān)節(jié)肌力群)進(jìn)行分析和解釋。

3 研究結(jié)果和分析

3.1 動力學(xué)采集數(shù)據(jù)分析

圖1和圖2是采集到的測試對象2的投球地面反彈力和沖量。

圖1 測試對象2的支撐腳和伸踏腳的地面反彈力(左投)

圖1中顯示了投手支撐腳(left)、伸踏腳(right)的地面的反彈力。數(shù)據(jù)表明，支撐腳地面反彈力時間較長，這是因為采集了投手投球出手前的準(zhǔn)備過程，其峰值為1 047.541 N；伸踏腳的峰值為1 415.444 N。表明投手在伸踏腳觸地和球出手球速最快時出現(xiàn)最大峰值，伸踏腳的地面反彈力最大，這是因為投手伸踏腳落地和球出手時，全身肌肉收縮作用于伸踏腳落地點，形成地面最大反彈力。除地面反彈力外，沖量能反映出力在時間上的效果，沖量結(jié)果見圖2。

圖2 測試對象2的投球支撐腳和伸踏腳的沖量

從圖2可見，投手支撐腳蹬伸的沖量遠(yuǎn)大于伸踏腳的沖量。因支撐腳作用力準(zhǔn)備的時間較長，在伸踏腳觸地時刻和球出手最快時沖量很大。這是投手伸踏腳落地支撐后，呈制動狀態(tài)帶動整個手臂產(chǎn)生鞭打動作和支撐腳快速蹬伸造成的。

其他6名測試對象的地面反彈力和沖量實驗測試結(jié)果都表明，在投手伸踏腳落地和球出手最快時的伸踏腳地面反彈力最大，而支撐腳的沖量則最大(表1)。

表1 測試對象動力學(xué)采集數(shù)據(jù)結(jié)果一覽表

3.2 運(yùn)動學(xué)采集數(shù)據(jù)分析

3.2.1 投手肩關(guān)節(jié)角速度和角加速度分析

圖3數(shù)據(jù)表明，投手伸踏腳落地和球出手最快階段，肩關(guān)節(jié)角加速度最大，之后依然保持很快速度。鞭打動作完成后進(jìn)入隨擺階段，速度減慢以保護(hù)肩關(guān)節(jié)。投手的肩關(guān)節(jié)是投球手臂的固定點，通過肩關(guān)節(jié)角加速度快速增加帶動肘腕關(guān)節(jié)鞭打出球的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?？梢姡岣呒珀P(guān)節(jié)角加速度是提高投球速度的關(guān)鍵因素之一。因此加強(qiáng)肩關(guān)節(jié)的旋內(nèi)肌群(胸大肌前部肌束、大圓肌、背闊肌、肩胛下肌)與外展肌肉群(小圓肌、岡下肌、三角肌后部肌束)的力量、收縮速度和外展外旋柔韌度等尤其重要。

圖3 投手肩關(guān)節(jié)角速度和角加速度變化曲線圖

3.2.2 投手肘關(guān)節(jié)角速度和角加速度分析

圖4數(shù)據(jù)表明，投手伸踏腳落地和球出手最快階段，肘關(guān)節(jié)的角加速度最大。這是為完成鞭打動作和球出手時有預(yù)備擺動作(肘部外展外旋時)引起的。肘關(guān)節(jié)由屈至接近伸直狀態(tài)時角加速度最大。加強(qiáng)肘關(guān)節(jié)伸肌群與旋內(nèi)旋外肌群(肘肌、肱三頭肌、旋前圓肌、旋前方肌、旋后肌、肱二頭肌)的力量、收縮速度和外展外旋柔韌度是提高投球速度的重要訓(xùn)練內(nèi)容。

圖4 投手肘關(guān)節(jié)角速度和角加速度變化曲線圖

3.2.3 投手腕關(guān)節(jié)角速度和角加速度分析

圖5數(shù)據(jù)表明，投手球出手時(手臂伸直扣腕)腕關(guān)節(jié)的角加速度變化很大。這是為完成鞭打動作和球出手扣腕引起的。球離中指瞬間(直線快球投法)角加速度最大。所以，有必要加強(qiáng)腕指關(guān)節(jié)伸屈肌群(尺側(cè)腕伸肌、橈側(cè)腕短伸肌、橈側(cè)腕長伸肌、掌長肌、橈側(cè)腕屈肌、尺側(cè)腕屈肌、指深淺屈肌、拇長展肌等)的力量、收縮速度和外展外旋柔韌度的訓(xùn)練。

圖5 投手腕關(guān)節(jié)角速度和角加速度變化曲線圖

3.2.4 投手髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角速度和角加速度分析

圖6數(shù)據(jù)表明，投手髖關(guān)節(jié)重心從支撐腳過渡到伸踏腳落地時，髖關(guān)節(jié)右側(cè)轉(zhuǎn)動的角加速度變化很大。這是身體重心由右側(cè)過渡到左側(cè)腳落地時，在投手投球最后用力階段形成背弓、蹬地轉(zhuǎn)腰和轉(zhuǎn)髖引起的。

圖6 投手髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角速度和角加速度實驗數(shù)據(jù)

投手伸踏腳落地階段髖關(guān)節(jié)的角加速度最快，這是帶動投手上軀干投球、形成強(qiáng)有力背弓、各關(guān)節(jié)互相制動和速度疊加的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。投手投球速度與髖關(guān)節(jié)的旋內(nèi)和外展肌群(恥骨肌、大收肌、臀中肌、臀小肌前部肌束、臀小肌、臀中肌、梨狀肌等)密切相關(guān)。

3.2.5 投手膝關(guān)節(jié)角速度和角加速度分析

圖7數(shù)據(jù)表明，在投手身體重心逐漸前移和伸踏腳落地時，右膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的角加速度變化很大。這是投手支撐腳向前、向上蹬力和伸踏腳落地時支撐地面反作用力引起的。右膝關(guān)節(jié)在伸踏腳落地階段角加速度最大。這是帶動髖腰關(guān)節(jié)加速轉(zhuǎn)動和形成投球軀干滿弓的關(guān)鍵。因此，加強(qiáng)膝關(guān)節(jié)旋外旋內(nèi)肌群(股二頭肌、腓腸肌外側(cè)頭等)的力量與收縮速度對穩(wěn)定投手重心移動、投球軀干平衡、投球支撐腳向上蹬伸反彈力和最終提高球速等尤其重要。

圖7 投手膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角速度和角加速度實驗數(shù)據(jù)

3.3 測試對象與國外優(yōu)秀投手關(guān)鍵技術(shù)的比較分析

采用Simi影像采集系統(tǒng)拍攝測試對象的投球技術(shù)動作，并與國外優(yōu)秀投手關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行圖文、現(xiàn)場拍攝與視頻比較分析。結(jié)果表明，測試對象與廣州亞運(yùn)會上日本、韓國、中國臺灣及美國職業(yè)棒球隊投手的關(guān)鍵技術(shù)動作相比存在較大差距。主要表現(xiàn)為投手支撐腳外翻、投球肩肘外展外翻過小、背弓不明顯，造成投手全身軀干肌肉群伸展不足、肌力收縮時間過短，影響投手投球速度[7-9]。

4 結(jié)論和建議

4.1 結(jié)論

投手伸踏腳落地時(球出手最快階段)的地面反彈力最大，支撐腳沖量最大。投手的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)在伸踏腳落地和球出手最快階段的角加速度最大。我國棒球投手與國外優(yōu)秀投手的關(guān)鍵技術(shù)動作的差距，主要表現(xiàn)為支撐腳外翻、投球肩肘外展外翻過小、背弓不明顯。

4.2 建議

(1)通過負(fù)重深蹲起、負(fù)重深蹲跳、負(fù)重前后跨步、負(fù)重靜止半蹲等力量訓(xùn)練，提高伸踏腳地面反彈力。

(2)通過上下屈伸、負(fù)重屈伸、負(fù)重深蹲跳、負(fù)重蹬伸等力量訓(xùn)練，提高支撐腳(軸心腳)的沖量，增加支撐腳的穩(wěn)定，延長重心移動時間。

(3)加強(qiáng)肩關(guān)節(jié)旋內(nèi)肌群和外展肌群、肘關(guān)節(jié)伸肌群與旋內(nèi)旋外肌群、腕指關(guān)節(jié)伸屈肌群、髖關(guān)節(jié)旋內(nèi)與外展肌群、膝關(guān)節(jié)旋外肌群等力量、收縮速度和肩肘柔韌度的訓(xùn)練，以提高投手的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)的加速度指標(biāo)。

(4)保持投手伸踏腳內(nèi)扣、提高肩肘外展外旋幅度和軀干滿弓程度，促進(jìn)投手近端肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)到遠(yuǎn)端指關(guān)節(jié)的依次加速與制動，最終產(chǎn)生投球臂最快的鞭打動作。

(5)在加強(qiáng)投手投球速度訓(xùn)練時，既要重視局部鞭打動作，更要重視投手的全身背弓與全身鞭打動作。投手投球背弓屬全身軀干滿弓，是形成最佳用力的全身鞭打動作的關(guān)鍵。全身鞭打動作從遠(yuǎn)端的下肢腳趾制動開始，表現(xiàn)出腳趾關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)的動量傳遞到近端的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)再到遠(yuǎn)端指關(guān)節(jié)的依次順序疊加速度與制動的特征，最終傳遞給末端的出球手指和棒球。

[1] 王祥茂．現(xiàn)代棒球[M]．廣州：廣東高等教育出版社，1995：74.

[2] 楊靜宜，哈姆丹，嚴(yán)亞軍，等．肘關(guān)節(jié)屈伸肌群等速肌力的測定與分析[J]．北京體育大學(xué)學(xué)報，1988，21(1)：30-35.

[3] 曾四清，劉曉軍．我國優(yōu)秀棒球投手上肢運(yùn)動的檢測分析[J]．北京體育大學(xué)學(xué)報， 2006，29(8)：1063-1065.

[4] 何勇．棒球投手肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動特征研究[J]．山東體育學(xué)院學(xué)報，2006，22(3)：107-109.

[5] 馬秀杰，韓志磊，梁占鎖．棒球投手投球動作的運(yùn)動生物力學(xué)研究綜述[J]．中國體育科技，2010，46(2)：115-122.

[6] 劉東洋．職業(yè)棒球雜志[M]．臺灣：創(chuàng)新書報股份有限公司，2013.

[7] 李歐納，達(dá)志AP.職業(yè)棒球雜志[M]．臺灣：創(chuàng)新書報股份有限公司，2013.

Research on the Key Factors Affecting the Pitching Speed of Baseball Pitcher

WANG Xiang-mao

(Guangzhou Sport University, Guangzhou 510500, China)

The key factors affecting the pitching speed of baseball pitchers are studied by camera method, kinematic test method and dynamics test method, comparative analysis and sport anatomical analysis. The results show that when the pitcher’s stretching foot lands and the ball leaves the pitcher’s hand with the fastest speed, the ground gives the maximum rebound force, and the supporting foot endures the largest impulse; pitcher’s shoulder joint, elbow joint, wrist joint, hip joint and knee joint have the greatest angular acceleration when the pitcher pitches, his stretching foot lands and the ball gets the fastest speed. The key factors affecting the pitcher’s pitching speed is the rebound force of the pitcher’s stretching foot from the ground, the pedaling impulse of the supporting foot, and the angular acceleration of the joints. The pitching speed can be accelerated by adding the flexibility of the pitcher’s elbow and shoulder’s out-extension and out-rotation, the dorsal arch amplitude, the main joint muscle strength, muscle elongation and contraction speed.

baseball; pitcher; ball speed; rebound force of the stretching foot from the ground; pedaling impulse of the supporting foot; angular acceleration

2017-02-05

廣東省體育局2012-2013全運(yùn)、奧運(yùn)專項重大科研項目(20120NS041)

王祥茂(1961-)，男，海南海口人，副教授，研究方向為體育教育理論與實踐、棒球壘球運(yùn)動訓(xùn)練與教學(xué)方法。

G848.1

A

1008-3596(2017)04-0092-05