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摘要：划船器早前一直被运用在竞技赛艇运动的训练中，随着国民体育意识的不断提高、划船器的全面升级以及人们的物质水平的提高，划船器逐渐的进入家庭。市面上最常见的风阻划船器多用于赛艇训练，水阻划船器多用于家庭与健身房中。两种不同阻力源的划船器的锻炼效果是否有差异呢？因此本文利用运动捕捉系统和表面肌电系统，通过实验法对测试者在水阻和风阻两种不同划船器上肌肉用力特征及关节运动学变化等方面进行研究。从肌肉被激活的顺序看符合划桨运动的用力原理，从肌肉的贡献率可以看出划船器能达到很好的锻炼效果。
关键词：水阻；风阻；划船器；表面肌电；运动捕捉；肌肉用力特征；关节运动学变化
一、 前言
现在的社会和经济水平的持续改善，人们的生活质量不断提高，人们的健身意识也在加强。国家公布的一项调查显示，截至到现在为止中国的体育人数占总人数的33.9%。健身器材也在全民健身的热潮中逐渐的发展起来。
本文研究针对的是划船器，其之前一直被运用在竞技赛艇运动的训练中，随着国民体育意识的不断提高、划船器的全面升级以及人们的物质水平的提高，划船器逐渐的进入家庭。划船器的原理是通过阻力来使肌肉被动收缩，来达到健身的目的。
本文运用较为先进的运动学评价设备（vicon）运动捕捉系统和表面肌电系统，通过实验采集测试者的相关数据，对水阻以及风阻两种不同条件下人体的肌肉用力特征及运动学变化等指标进行分析，有利于帮助我们了解人体在使用这两种不同阻力源划船器时，人体肌肉、关节的各种变化。它对普通人群选择健身器材、力量训练的效果分析以及全民健身的推广具有指导意义。
二、 实验设计
（一） 测试设备的介绍
1. 测功仪的介绍
（1） 水阻划船器一台；
（2） 风阻划船器一台。
2. vicon的介绍（运动捕捉系统）
运动捕捉技术，是一种利用高科技的三维运动捕捉系统对运动员的技战术实时指导和对运动物体的实时采集和数字分析技术。从原理维度上划分，可分为机械式、电磁式、光学式、声学式运动技术捕捉四种类型。
3. 表面肌电系统的介绍
肌电是指运用电子学仪器记载肌肉静止或紧缩时的电活动，及应用电刺激检查神经、肌肉兴奋及传导功能的方法。国内外很多的专家学者用表面肌电系统来收集运动员的肌肉信息，以肌电图的形式反馈出来，通过对比研究得出的结果来指导运动员训练。通过原始肌电图可以判断肌肉的活动顺序和肌肉失活、激活的时间，以及评价肌肉之间的调和性；通过肌肉的张力和肌肉纤维长度的变化来研究运动中肌肉工作性质的等。
4. 划桨动作的介绍
在赛艇运动的技术动作中，划桨是非常重要的一个动作，划桨动作看似难学，其实不然，很多人都可以快速学会。划桨动作一共可以分为两部分，一部分是拉桨，另一部分是回桨。它的原理是拉桨是划桨的作用阶段；回桨是放松过程，以筹备下次拉桨。回桨的身体运动基本是拉桨的逆过程。这些动作连贯起来就是划桨。
提桨时，两只手臂伸直，头部处于正中心，两肩放平，挺直腰腹。上身处于一点钟位置，肩膀在臀部位置之前。小腿垂直，不前倾。脚掌完全接触踏板。
拉桨开始时，慢慢伸长手臂。当手和桨柄过膝盖后，膝盖立即弯曲，在滑轨上，臀部带动座位慢慢向前滑，上身前倾至一点钟方向。
拉桨结束时，双手伸直，上身保持一点钟位置，双腿慢慢开始发力蹬踏板。双腿伸直的过程中，上身后倾至十一点钟方向，直线向后拉桨至下肋处。
回桨时，双脚伸直，双手抓住手柄，将其放在下肋处。当上身处于十一点钟位置的时候，身体则依靠核心肌肉的撑持略向后仰。头部位于中间位置。肩颈放松，双手慢慢划过身体，腕关节放平。
（二） 实验设计
1. 实验场地
武汉体育学院某实验室
2. 受试人员
一名普通男大学生
3. 实验方案
（1） Vicon实验：
场地的布置：用八台红外高速摄像机围成圆状，对划船器的技术动作进行拍摄。水阻划船器放置于圆状中心位置。
实验进行：在受试者身上39个点贴上Mark点，如图1，让测试者在水阻以及风阻划船器上面各做划桨技术动作（三个来回为一次），待电脑上收集完成实验数据则视为实验成功，受试者要求成功测试三次，然后收集实验数据，测试者待实验完毕后离开。
（2） 表面肌电实验：
在受试者身上选取三角肌、肱二头肌、背阔肌、竖脊肌、股四头肌以及胫骨前肌等六块肌肉（选择人体左侧肌肉）贴附无线电极和传感器。先用海绵蘸取酒精擦拭六块肌肉以消毒，待酒精风干之后在肌肉上贴附无线电极和传感器。让测试者在水阻以及风阻划船器上面各做划桨技术动作（三个来回为一次），待电脑上收集完成实验数据则视为实验成功，受试者要求成功测试三次，然后收集实验数据。
4. 实验注意事项
实验前，检查设备主机与镜头导线的连接情况，检査电脑与信号采集器的连接情况，以及电脑显示端同步信号发送和接收情况等；让受试者进行简单的热身运動然后再进行实验，但要防止出汗不利于电极的贴附；详细登记受试者的年龄、体重、身高、踝关节宽度、腿长、膝关节宽度等身体生理参数，并告知测试者测试流程，使其熟悉职责，配合好实验。
三、 结果与分析
（一） 表面肌电实验结果与分析
1. 肌肉的贡献率
由表1和表2可以看出受试者在风阻划船器上做实验时肌肉的贡献率由高到低依次为三角肌、肱二头肌、背阔肌、胫骨前肌、股四头肌、竖脊肌。每一次实验贡献率的百分比都相差不大。受试者在水阻划船器上做实验时肌肉的贡献率由高到低依次为三角肌、肱二头肌、背阔肌、竖脊肌、股四头肌、胫骨前肌。背阔肌以及胫骨前肌三次实验的数据差别较大，除此之外其他四块肌肉的数值相差不大。肱二头肌的贡献率水阻的大于风阻的；三角肌的贡献率水阻的小于风阻的；背阔肌的贡献率水阻的大于风阻的；竖脊肌的贡献率水阻的大于风阻的；股四头肌的贡献率水阻的大于风阻的；胫骨前肌的贡献率水阻的小于风阻的。 2. 肌肉的激活順序
由表 3和表4可以看出受试者在风阻划船器上做实验时肌肉的激活顺序依次为胫骨前肌、肱二头肌、背阔肌、三角肌、股四头肌、竖脊肌，而且每一次实验的肌肉被激活开始的时间是一样的。受试者在水阻划船器上做实验时肌肉的激活顺序是胫骨前肌、三角肌、股四头肌、肱二头肌、背阔肌、竖脊肌，每一次实验肌肉被激活开始的时间都不太一样。肱二头肌等六块肌肉被激活开始的时间水阻的都要大于风阻的。
（二） 运动捕捉系统实验结果与分析
1. 关节角度的变化
如图3为受试者在水阻划船器上人体左侧关节角度的变化趋势。实验选取了肘关节、髋关节、膝关节等三个关节。从图中可知肘关节的角度是先上升后下降，然后趋于平稳。髋关节角度是先下降再上升，最后趋于平稳。膝关节角度则是先下降后上升。在30%周期各关节角度达到突变点，说明此时受试者处于回桨阶段。膝关节和肘关节的曲线波动较大，髋关节的曲线波动较小，说明在划桨过程中手部以及腿部的运动程度高于髋部。
图3为受试者在水阻划船器上人体右侧关节角度的变化趋势。实验选取了肘关节、髋关节、膝关节等三个关节。从图中可知肘关节的角度是先上升后下降，然后趋于平稳。髋关节角度是先下降再上升，最后趋于平稳。膝关节角度则是先下降后上升再下降。左侧与右侧相比，关节角度变化基本一致。
图4为受试者在风阻划船器上人体左侧关节角度的变化趋势。实验选取了肘关节、髋关节、膝关节等三个关节。从图中可知肘关节的角度是先上升后下降，然后趋于平稳。髋关节角度是先下降再上升，最后趋于平稳。膝关节角度则是先下降后上升再趋于平稳。与水阻划船器不同的是，风阻划船器在50%周期各关节角度达到突变点，此时受试者处于回桨阶段。说明水阻划船器比风阻划船器更快到达突变点。膝关节和肘关节的曲线波动较大，髋关节的曲线波动较小，说明在划桨过程中手部以及腿部的运动程度高于髋部。
图5为受试者在风阻划船器上人体右侧关节角度的变化趋势。实验选取了肘关节、髋关节、膝关节等三个关节。从图中可知肘关节的角度是先上升后下降，然后趋于平稳。髋关节角度是先下降再上升，最后趋于平稳。膝关节角度则是先下降后上升再趋于平稳。左侧与右侧的曲线变化趋势基本一致。
（三） 实验结果
由表面肌电系统与运动捕捉系统对水阻、风阻划船器进行的实验，可以得出以下结论：
1. 肌肉的贡献率：
三角肌>肱二头肌>背阔肌>胫骨前肌>股四头肌>竖脊肌
2. 肌肉激活的顺序：
水阻：胫骨前肌、三角肌、股四头肌、肱二头肌、背阔肌、竖脊肌
电磁阻：胫骨前肌、肱二头肌、背阔肌、三角肌、股四头肌、竖脊肌
3. 各关节的角度变化大小：
膝关节>肘关节>髋关节
四、 结论与展望
通过对水阻、风阻划船器的实验，我们可以得出结论。表面肌电实验证明了肌肉的贡献效率水阻划船器与风阻划船器是一致的。而肌肉的激活顺序两者却有所不同。运动捕捉系统实验证明了各关节的角度变化大小，水阻和风阻划船器是一致的。总体而言，在划船器上锻炼时，从肌肉被激活的顺序看符合划桨运动的用力原理，从肌肉的贡献率可以看出水阻划船器和风阻划船器都能达到很好的锻炼效果。
本文的研究为全民健身提供了锻炼的方式以及参考的依据，也为今后更多健身器材在设计和改进的方法和手段上提供了参考。
关键词：水阻；风阻；划船器；表面肌电；运动捕捉；肌肉用力特征；关节运动学变化
一、 前言
现在的社会和经济水平的持续改善，人们的生活质量不断提高，人们的健身意识也在加强。国家公布的一项调查显示，截至到现在为止中国的体育人数占总人数的33.9%。健身器材也在全民健身的热潮中逐渐的发展起来。
本文研究针对的是划船器，其之前一直被运用在竞技赛艇运动的训练中，随着国民体育意识的不断提高、划船器的全面升级以及人们的物质水平的提高，划船器逐渐的进入家庭。划船器的原理是通过阻力来使肌肉被动收缩，来达到健身的目的。
本文运用较为先进的运动学评价设备（vicon）运动捕捉系统和表面肌电系统，通过实验采集测试者的相关数据，对水阻以及风阻两种不同条件下人体的肌肉用力特征及运动学变化等指标进行分析，有利于帮助我们了解人体在使用这两种不同阻力源划船器时，人体肌肉、关节的各种变化。它对普通人群选择健身器材、力量训练的效果分析以及全民健身的推广具有指导意义。
二、 实验设计
（一） 测试设备的介绍
1. 测功仪的介绍
（1） 水阻划船器一台；
（2） 风阻划船器一台。
2. vicon的介绍（运动捕捉系统）
运动捕捉技术，是一种利用高科技的三维运动捕捉系统对运动员的技战术实时指导和对运动物体的实时采集和数字分析技术。从原理维度上划分，可分为机械式、电磁式、光学式、声学式运动技术捕捉四种类型。
3. 表面肌电系统的介绍
肌电是指运用电子学仪器记载肌肉静止或紧缩时的电活动，及应用电刺激检查神经、肌肉兴奋及传导功能的方法。国内外很多的专家学者用表面肌电系统来收集运动员的肌肉信息，以肌电图的形式反馈出来，通过对比研究得出的结果来指导运动员训练。通过原始肌电图可以判断肌肉的活动顺序和肌肉失活、激活的时间，以及评价肌肉之间的调和性；通过肌肉的张力和肌肉纤维长度的变化来研究运动中肌肉工作性质的等。
4. 划桨动作的介绍
在赛艇运动的技术动作中，划桨是非常重要的一个动作，划桨动作看似难学，其实不然，很多人都可以快速学会。划桨动作一共可以分为两部分，一部分是拉桨，另一部分是回桨。它的原理是拉桨是划桨的作用阶段；回桨是放松过程，以筹备下次拉桨。回桨的身体运动基本是拉桨的逆过程。这些动作连贯起来就是划桨。
提桨时，两只手臂伸直，头部处于正中心，两肩放平，挺直腰腹。上身处于一点钟位置，肩膀在臀部位置之前。小腿垂直，不前倾。脚掌完全接触踏板。
拉桨开始时，慢慢伸长手臂。当手和桨柄过膝盖后，膝盖立即弯曲，在滑轨上，臀部带动座位慢慢向前滑，上身前倾至一点钟方向。
拉桨结束时，双手伸直，上身保持一点钟位置，双腿慢慢开始发力蹬踏板。双腿伸直的过程中，上身后倾至十一点钟方向，直线向后拉桨至下肋处。
回桨时，双脚伸直，双手抓住手柄，将其放在下肋处。当上身处于十一点钟位置的时候，身体则依靠核心肌肉的撑持略向后仰。头部位于中间位置。肩颈放松，双手慢慢划过身体，腕关节放平。
（二） 实验设计
1. 实验场地
武汉体育学院某实验室
2. 受试人员
一名普通男大学生
3. 实验方案
（1） Vicon实验：
场地的布置：用八台红外高速摄像机围成圆状，对划船器的技术动作进行拍摄。水阻划船器放置于圆状中心位置。
实验进行：在受试者身上39个点贴上Mark点，如图1，让测试者在水阻以及风阻划船器上面各做划桨技术动作（三个来回为一次），待电脑上收集完成实验数据则视为实验成功，受试者要求成功测试三次，然后收集实验数据，测试者待实验完毕后离开。
（2） 表面肌电实验：
在受试者身上选取三角肌、肱二头肌、背阔肌、竖脊肌、股四头肌以及胫骨前肌等六块肌肉（选择人体左侧肌肉）贴附无线电极和传感器。先用海绵蘸取酒精擦拭六块肌肉以消毒，待酒精风干之后在肌肉上贴附无线电极和传感器。让测试者在水阻以及风阻划船器上面各做划桨技术动作（三个来回为一次），待电脑上收集完成实验数据则视为实验成功，受试者要求成功测试三次，然后收集实验数据。
4. 实验注意事项
实验前，检查设备主机与镜头导线的连接情况，检査电脑与信号采集器的连接情况，以及电脑显示端同步信号发送和接收情况等；让受试者进行简单的热身运動然后再进行实验，但要防止出汗不利于电极的贴附；详细登记受试者的年龄、体重、身高、踝关节宽度、腿长、膝关节宽度等身体生理参数，并告知测试者测试流程，使其熟悉职责，配合好实验。
三、 结果与分析
（一） 表面肌电实验结果与分析
1. 肌肉的贡献率
由表1和表2可以看出受试者在风阻划船器上做实验时肌肉的贡献率由高到低依次为三角肌、肱二头肌、背阔肌、胫骨前肌、股四头肌、竖脊肌。每一次实验贡献率的百分比都相差不大。受试者在水阻划船器上做实验时肌肉的贡献率由高到低依次为三角肌、肱二头肌、背阔肌、竖脊肌、股四头肌、胫骨前肌。背阔肌以及胫骨前肌三次实验的数据差别较大，除此之外其他四块肌肉的数值相差不大。肱二头肌的贡献率水阻的大于风阻的；三角肌的贡献率水阻的小于风阻的；背阔肌的贡献率水阻的大于风阻的；竖脊肌的贡献率水阻的大于风阻的；股四头肌的贡献率水阻的大于风阻的；胫骨前肌的贡献率水阻的小于风阻的。 2. 肌肉的激活順序
由表 3和表4可以看出受试者在风阻划船器上做实验时肌肉的激活顺序依次为胫骨前肌、肱二头肌、背阔肌、三角肌、股四头肌、竖脊肌，而且每一次实验的肌肉被激活开始的时间是一样的。受试者在水阻划船器上做实验时肌肉的激活顺序是胫骨前肌、三角肌、股四头肌、肱二头肌、背阔肌、竖脊肌，每一次实验肌肉被激活开始的时间都不太一样。肱二头肌等六块肌肉被激活开始的时间水阻的都要大于风阻的。
（二） 运动捕捉系统实验结果与分析
1. 关节角度的变化
如图3为受试者在水阻划船器上人体左侧关节角度的变化趋势。实验选取了肘关节、髋关节、膝关节等三个关节。从图中可知肘关节的角度是先上升后下降，然后趋于平稳。髋关节角度是先下降再上升，最后趋于平稳。膝关节角度则是先下降后上升。在30%周期各关节角度达到突变点，说明此时受试者处于回桨阶段。膝关节和肘关节的曲线波动较大，髋关节的曲线波动较小，说明在划桨过程中手部以及腿部的运动程度高于髋部。
图3为受试者在水阻划船器上人体右侧关节角度的变化趋势。实验选取了肘关节、髋关节、膝关节等三个关节。从图中可知肘关节的角度是先上升后下降，然后趋于平稳。髋关节角度是先下降再上升，最后趋于平稳。膝关节角度则是先下降后上升再下降。左侧与右侧相比，关节角度变化基本一致。
图4为受试者在风阻划船器上人体左侧关节角度的变化趋势。实验选取了肘关节、髋关节、膝关节等三个关节。从图中可知肘关节的角度是先上升后下降，然后趋于平稳。髋关节角度是先下降再上升，最后趋于平稳。膝关节角度则是先下降后上升再趋于平稳。与水阻划船器不同的是，风阻划船器在50%周期各关节角度达到突变点，此时受试者处于回桨阶段。说明水阻划船器比风阻划船器更快到达突变点。膝关节和肘关节的曲线波动较大，髋关节的曲线波动较小，说明在划桨过程中手部以及腿部的运动程度高于髋部。
图5为受试者在风阻划船器上人体右侧关节角度的变化趋势。实验选取了肘关节、髋关节、膝关节等三个关节。从图中可知肘关节的角度是先上升后下降，然后趋于平稳。髋关节角度是先下降再上升，最后趋于平稳。膝关节角度则是先下降后上升再趋于平稳。左侧与右侧的曲线变化趋势基本一致。
（三） 实验结果
由表面肌电系统与运动捕捉系统对水阻、风阻划船器进行的实验，可以得出以下结论：
1. 肌肉的贡献率：
三角肌>肱二头肌>背阔肌>胫骨前肌>股四头肌>竖脊肌
2. 肌肉激活的顺序：
水阻：胫骨前肌、三角肌、股四头肌、肱二头肌、背阔肌、竖脊肌
电磁阻：胫骨前肌、肱二头肌、背阔肌、三角肌、股四头肌、竖脊肌
3. 各关节的角度变化大小：
膝关节>肘关节>髋关节
四、 结论与展望
通过对水阻、风阻划船器的实验，我们可以得出结论。表面肌电实验证明了肌肉的贡献效率水阻划船器与风阻划船器是一致的。而肌肉的激活顺序两者却有所不同。运动捕捉系统实验证明了各关节的角度变化大小，水阻和风阻划船器是一致的。总体而言，在划船器上锻炼时，从肌肉被激活的顺序看符合划桨运动的用力原理，从肌肉的贡献率可以看出水阻划船器和风阻划船器都能达到很好的锻炼效果。
本文的研究为全民健身提供了锻炼的方式以及参考的依据，也为今后更多健身器材在设计和改进的方法和手段上提供了参考。