运动生物力学参数测量

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运动生物力学

运动生物力学运动生物力学：是生物力学的一个重要分支，是研究体育运动中人体机械规律的科学。

运动生物力学的主要任务：提高运动能力，预防运动损伤运动生物力学的研究方法分为测量方法和分析方法，其中测量方法可以分为运动学测量、动力学测量、人体测量、肌电图测量运动学测量的参数：（角）位移、（角）速度、（角）加速度动力学测量的参数：主要界定在力的测量方面。

人体测量是用来测量人体环节的长度、围度及,（质量、转动惯量等）肌电图测量是用来测量肌肉收缩时的神经支配特性。

动作结构：运动时所组成的各动作间相互联系、相互作用的方法或顺序动作结构的特征主要表现在运动学和动力学，运动学特征指完成动作时的时间、空间和时空方面表现出来的形式或外貌上的特征；动力学的特征指决定动作形式的各种力（力矩）相互作用的形式和特点，包括力、惯性和能量特征。

运动学特征：时间特征、空间特征和时空特征时间特征反映的是人体运动动作和时间的关系：半蹲起立和深蹲起立空间特征是指人体完成运动动作时人体各环节随时间变化所产生的空间位置改变状况：下肢和躯干等空间移动轨迹时空特征指人体完成运动动作时人体位置变化的快慢情况。

动力学特征包括，力的特征、能量特征和惯性特征能量特征：人体运动时完成的功、能和功率方面的表现形式。

惯性特征：人体运动中人的整体、环节以及运动器械的质量、转动惯量对运动动作所具有的影响。

动作系统：大量单一动作按一定规律组成为成套的动作技术，这些成套的动作技术叫做动作系统。

人体基本运动动作形式可主要归纳为推与拉动作、鞭打动作、缓冲和蹬伸动作及扭转、摆动和相向运动等动作形式上肢基本运动动作形式——推（铅球）、拉（单双杠）、鞭打（标枪）★人体基本运动下肢基本运动动作形式——缓冲、蹬伸、鞭打动作形式全身基本运动动作形式——摆动、躯干扭转、相向运动人体的运动是由运动器系的机能特征所决定的，即以关节为支点，以骨为杠杆，在肌肉力的牵拉下绕支点转动，各肢体环节运动的不同组合使人完成千变万化的动作。

运动生物力学实验报告

运动生物力学实验报告
《运动生物力学实验报告》
摘要：
本实验旨在通过运动生物力学实验，研究人体在运动过程中的生物力学特性。

通过对运动过程中的力、速度、加速度等参数的测量和分析，揭示人体在运动中的力学原理和特点。

实验结果表明，人体在运动过程中能够通过合理的姿势和力量的协调，实现高效的运动表现。

引言：
运动生物力学是研究人体在运动过程中的生物力学特性的学科，具有重要的理论和实践意义。

通过对人体运动过程中的力学参数进行测量和分析，可以深入了解人体在运动中的力学原理和特点，为运动训练和运动损伤的预防提供科学依据。

实验方法：
本实验选择了常见的运动动作，如跑步、跳跃、举重等，通过运动生物力学仪器对参与者进行力、速度、加速度等参数的测量。

同时，利用高速摄像机对运动过程进行录像，以便后期的运动分析。

实验结果：
通过实验测量和分析，得出了人体在不同运动过程中的力学特性。

例如，在跑步过程中，身体的重心和支撑力的变化对于跑步速度和效率有着重要影响；在举重过程中，肌肉的收缩和伸展对于举重效果和损伤风险有着重要影响。

讨论：
运动生物力学实验结果表明，人体在运动过程中能够通过合理的姿势和力量的
协调，实现高效的运动表现。

同时，实验结果也为运动训练和运动损伤的预防提供了科学依据。

未来，可以进一步研究人体在不同运动环境和不同体质条件下的生物力学特性，为运动科学的发展提供更多的理论支持。

结论：
通过运动生物力学实验，我们深入了解了人体在运动过程中的力学特性，为运动训练和运动损伤的预防提供了科学依据。

未来，我们将继续深入研究运动生物力学，为运动科学的发展做出更大的贡献。

运动科学中的运动生物力学研究与分析方法

运动科学中的运动生物力学研究与分析方法运动生物力学是研究人体运动的科学领域，它通过应用力学原理和解析技术，分析和评估人体在运动过程中的力量、力学、能量等方面的变化，揭示人体运动的机理和规律。

运动生物力学的研究与分析方法对于运动训练、康复治疗等领域具有重要意义。

本文将介绍几种在运动科学中常用的运动生物力学研究与分析方法。

第一种方法是动作分析。

动作分析将人体运动分解为独立的几个关节运动，通过对关节角度、角速度、角加速度等参数的测量，可以揭示人体运动的特点和规律。

常用的动作分析方法包括运动捕捉技术、关节角度测量等。

例如，通过使用运动捕捉系统，可以采集到人体运动的三维坐标数据，进而分析人体姿势、运动幅度、运动轨迹等信息，从而评估运动者的技术水平和动作效果。

第二种方法是力学分析。

力学分析主要用于揭示人体运动中产生和受到的力量变化。

通过测量与受力相关的参数，如力的大小、方向、作用点等，可以定量分析力的传递和转化过程。

常用的力学分析方法包括力平台测量、力矩测量、惯性测量等。

比如，使用力平台可以测量不同步态下的地面反作用力，从而分析人体运动过程中的动作力量和平衡性。

第三种方法是能量分析。

能量分析主要用于研究人体运动中能量的变化和转化。

通过测量与能量相关的参数，如能量消耗、能量产生、能量吸收等，可以评估运动的能量效率。

常用的能量分析方法包括气体分析、代谢测量、功率测量等。

例如，通过测量呼吸氧气和产生二氧化碳的气体浓度变化，可以计算出运动过程中的能量消耗，进而评估运动员的耐力水平和能量效率。

第四种方法是仿真分析。

仿真分析通过建立数学模型和计算机模拟，模拟和预测人体运动的动力学和力学特性。

通过对模型进行参数化和计算机模拟，可以研究不同因素对人体运动的影响。

常用的仿真分析方法包括有限元分析、多体动力学分析等。

例如，使用有限元方法可以建立骨骼、肌肉和关节等组织的数学模型，进而分析和优化人体运动的力学特性。

总结起来，运动生物力学研究与分析方法包括动作分析、力学分析、能量分析和仿真分析等多种技术手段。

运动生物力学经典复习资料汇总及答案解析(本科)

运动生物力学经典复习资料汇总及答案解析（本科）绪论1、运动生物力学的概念：研究体育运动中人体及器械机械运动规律及应用的科学。

2、填空习题：（1）运动学测量参数主要包括肢体的角（位移）、角(速度)、角(加速度)等；动力学测量参数主要界定在（力的测量）方面；人体测量是用来测量人体环节的（长度）、（围度）以及（惯性参数），如质量、转动惯量；肌电图测量实际上是测量（肌肉收缩）时的神经支配特性。

（2）运动生物力学的测量方法可以分为：（运动学测量）、（动力学测量）、（人体测量）、以及（肌电图测量）。

（3）人体运动可以描述为：在（神经系统）控制下，以（肌肉收缩）为动力，以关节为（支点）、以骨骼为（杠杆）的机械运动。

2 主观题：（1）运动生物力学研究任务主要有什么？标准答案：一方面，利用力学原理和各种科学方法，结合运动解剖学和运动生理学等原理对运动进行综合评定，得出人体运动的内在联系及基本规律，确定不同运动项目运动行为的不同特点。

另一方面，研究体育运动对人体有关器系结构及机能的反作用。

其主要目的是为提高竞技体育成绩和增强人类体质服务的，并从中丰富和完善自身的理论和体系。

具体如下：第一，研究人体身体结构和机能的生物力学特性。

第二，研究各项动作技术，揭示动作技术原理，建立合理的动作技术模式来指导教学和训练。

第三，进行动作技术诊断，制定最佳运动技术方案。

第四，为探索预防运动创伤和康复手段提供力学依据。

第五，为设计和改进运动器械提供依据（包括鞋和服装）。

第六，为设计和创新高难度动作提供生物力学依据。

第七，为全民健身服务（扁平足、糖尿病足、脊柱生物力学）。

第一章节人体运动实用力学基础1、质点：忽略大小、形状和内部结构而被视为有质量而无尺寸的几何点。

刚体：相互间距离始终保持不变的质点系组成的连续体。

平衡：物体相对于某一惯性参考系（地面可近似地看成是惯性参考系）保持静止或作匀速直线运动的状态。

失重：动态支撑反作用力小于体重的现象。

体育训练中的运动生物力学分析方法

体育训练中的运动生物力学分析方法体育运动是一项需要精确掌握力量、速度和技巧的运动形式。

为了提高运动员的表现，运动生物力学成为了体育训练中的重要工具。

运动生物力学是对人体运动进行测量、分析和解释的学科，它能够揭示运动员在进行各项技术动作时的力学特性，为训练提供科学依据和指导。

本文将介绍体育训练中常用的运动生物力学分析方法。

一、运动生物力学中的测量设备1. 力板测量系统力板是一种常用的测量力量和力矩的设备，可以测量运动员在不同动作中的着地冲击力、推拉力和支持力。

力板采用高灵敏度的压电传感器，能够准确地测量运动员在运动过程中产生的力量，为训练者提供了力量训练的数据支持。

2. 运动分析仪运动分析仪是一种具备高速摄影和计算机分析功能的设备，通过多摄像头的同步拍摄和电脑分析，能够获得运动员在运动过程中的身体角度、运动轨迹、节奏和速度等相关数据。

运动分析仪在训练和技术改进中扮演了重要角色，能够帮助训练者发现和纠正运动员在技巧动作中的问题。

3. 电子测速仪电子测速仪是一种用于测量运动员速度的设备，它能够通过红外线或射频识别的原理，准确测量运动员在各个阶段的速度和加速度。

电子测速仪广泛应用于田径训练、自行车、游泳等项目中，能够为教练员提供速度训练和战术指导的重要依据。

二、运动生物力学分析方法1. 三维运动分析三维运动分析是一种基于运动分析仪的方法，通过多个摄像头的同步拍摄，可以获得运动员在三维空间中的运动轨迹和身体角度等信息。

三维运动分析可以帮助训练者全面了解运动员的动作特点，找出技术动作中的问题，从而针对性地进行训练和调整。

2. 肌肉活动电位测量肌肉活动电位测量是一种用来研究肌肉收缩特性的方法，通过粘贴电极在运动员身上，可以记录下肌肉收缩时的电信号变化。

这个方法可以帮助训练者了解肌肉的激活程度、收缩速度和协调性，为训练者制定科学的力量训练方案提供依据。

3. 动力学分析动力学分析是一种研究运动员力量和力学特征的方法，通过测量运动员的力量输出和力矩变化，可以了解运动员在技术动作中的力量负荷和力量变化规律。

运动生物力学实验报告

运动生物力学实验报告运动生物力学实验报告引言：运动生物力学是研究生物体在运动过程中的力学特性和运动机制的学科。

通过对人体或动物运动过程中的力学参数进行测量和分析，可以揭示运动的本质和规律。

本实验旨在通过测量人体行走过程中的步态参数，分析步态的特点和变化规律。

实验方法：1. 实验对象：选择健康的成年人作为实验对象，确保实验结果的可靠性和准确性。

2. 实验仪器：使用高精度的步态分析仪器，包括压力传感器、加速度计、陀螺仪等，用于测量和记录步态参数。

3. 实验过程：实验对象按照自然的步行方式在指定的距离上进行行走，同时步态分析仪器记录下每一步的步幅、步频、支撑时间、摆动时间等参数。

4. 数据处理：将实验得到的数据进行整理和统计，计算平均值和标准差，以得到步态参数的变化规律。

实验结果：经过多次实验和数据处理，得到以下步态参数的变化规律：1. 步幅：随着速度的增加，步幅逐渐增大，但增长速度逐渐减缓。

这是因为步幅受到身体的稳定性和平衡能力的限制，随着速度的增加，身体需要更多的力量来保持平衡。

2. 步频：随着速度的增加，步频逐渐增大。

这是因为为了保持平衡，身体需要更快地移动脚步来适应速度的变化。

3. 支撑时间：随着速度的增加，支撑时间逐渐减少。

这是因为为了保持速度的稳定，身体需要更快地转移重心，减少每一步的支撑时间。

4. 摆动时间：随着速度的增加，摆动时间逐渐减少。

这是因为为了保持速度的稳定，身体需要更快地摆动腿部来适应速度的变化。

讨论与分析：通过对步态参数的测量和分析，可以得出以下结论：1. 步幅和步频是人体行走过程中的两个关键参数，它们相互影响，共同决定了行走的速度和稳定性。

2. 支撑时间和摆动时间是步态过程中的两个重要参数，它们反映了身体的平衡和协调能力。

3. 步态参数的变化规律与运动生物力学的理论相符，说明实验结果的可靠性和准确性。

结论：本实验通过测量和分析步态参数，揭示了人体行走过程中的力学特性和运动机制。

生物力学的基本测试方法和仪器设备

生物力学的基本测试方法和仪器设备生物力学是研究生物体在运动过程中力学特性的学科。

它通过测试方法和仪器设备来测量和分析生物体的运动、力量和力学特征，从而可以帮助我们理解生物体的功能、运动和健康状况。

生物力学的基本测试方法包括动力学测试、静力学测试、运动学测试和生物力学模拟。

下面分别介绍这些方法的基本原理和常用仪器设备。

1.动力学测试：动力学测试是用来测量生物体在运动过程中所受到的力量和力矩。

常用的测试方法包括受力板法、力矩传感器法和动态力学分析法。

受力板法通过放置在地面上的受力板来测量人体脚底所受到的力量和压力分布；力矩传感器法通过安装在关节处的力矩传感器来测量关节的力矩；动态力学分析法通过分析人体在运动过程中所受到的力量和力矩来评估运动的效果和负荷。

2.静力学测试：静力学测试是用来测量生物体静止状态下的力学特性。

常用的测试方法包括静力学平台法和静态测力计法。

静力学平台法通过放置人体或物体在一个平台上来测量其受到的重力和压力分布；静态测力计法通过安装在物体表面的测力计来直接测量其受到的力量。

3.运动学测试：运动学测试是用来测量生物体运动过程中的位置、速度和加速度等动力学参数。

常用的测试方法包括光电测量法、摄像测量法和惯性测量法。

光电测量法通过安装在生物体上的红外线传感器来测量其位置和速度；摄像测量法通过摄像机来记录生物体的运动过程，并通过图像处理技术来分析运动学参数；惯性测量法通过使用惯性测量单元（如陀螺仪和加速度计）来测量生物体的加速度。

4.生物力学模拟：生物力学模拟是用来模拟和分析生物体运动过程中的力学特性。

常用的模拟方法包括有限元分析法、多体动力学模拟法和计算流体力学法。

有限元分析法通过将生物体分割成有限的单元，然后运用力学原理和数值计算方法来模拟其运动过程中的力学行为；多体动力学模拟法通过建立生物体的多体系统，并运用牛顿力学和动力学原理来模拟其运动过程；计算流体力学法通过模拟流体介质中生物体的运动来分析其力学特性。

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（松井秀治，15）
（汉纳范，15）
（扎齐奥尔斯基，16）（郑秀媛，16）
二、运动学参数测量
（一）运动学参数（指标）
质点位置矢量（位矢、矢径）：用来确定某时刻质点位置（用矢端表示）的矢量。
运动函数机械运动是物体（质点）位置随时间的改变。在坐标系中配上一套同步时钟，可以给出质点位置坐标和时间的函数关系— 运动函数（function of motion）。
回转半径（转动半径）
人体环节的划分方法
以人体的结构功能为依据：
以人体体表骨性标志为依据：以关节上主要的骨性标志点来确定环节的长度。易于测量，但误差太大。
分割环节的切面通过关节转动中心，以关节质心的连线为环节长度。
人体惯性参数标准化的依据
（二）人体惯性参数的测量
尸体测量法：肢解-环节参数测定。采用称重法和悬挂法。
（a）鞋垫式
（b）平板式
（c）测量结果分析
脚底各个区域的压力、压强情况
压力中心及压力中心轨迹
美国Tekscan=F-scan 德国Novel=Pedar
4. 肌电测量
肌电测试通过对不同肌肉在运动过程中所表现出来的时域、频域上的不同特征的分析，可以了解人体在完成运动动作时，不同部位的肌肉参与活动的强度、时间顺序及相互协作关系，为运动技术分析提供依据。现在应用较多有4通道、8通道肌电测量分析系统。根据信号传输方式，可分为有线和无线两类系统；根据数据接收和储存方式，可分为便携式大容量储存卡存储和无线信号实时接收两种。
立定跳远.。……
运动时的肌力大小和肌肉力矩一般用加速度大小推算；偶见用肌电图推算
Isomed 2000（750NM）等速肌肉力量测试/训练系统
BIODEX
瑞士CON-TREX
CYBEX
What we get from strength measurement?
人体关节主要肌肉群的等张力量大小人体的绝对力量和相对力量、上下肢的爆发力、力量耐力、等长收缩力量大小和耐力
2．旋转法
3．振动法等 4. 三线摆（郑秀媛《现代生物力学》）
（三）人体惯性参数模型
布拉温-菲舍尔模型（三具尸体，14环节）
松井秀治模型（一具尸体，15环节，头两部分）昌特勒模型（六具尸体，14环节）汉纳范模型（15个环节，将躯干分上下2个环节）扎齐奥尔斯基模型（100名男性和15名女性，16环节，将躯干分成上中下3个环节）郑秀媛模型（男女青年各50人，16个环节，头、颈两部分，躯干分成2个环节）
（a）实验测量
（b）数据处理
（c）结果分析
原地纵跳测量实验示意图
三维测力系统示意图
What we get from force platform?
FzFoot FxFoot MyPlat FyPlat
FyFoot
MxPlat FxPlat MzPlat FzPlat
瑞士奇石乐KISTLER
美国艾里尔AMTI
机械功：力的空间累积效应，功率是单位时间做功的多少。机械能：物体做功的本领，有动能和势能
1. 地面反作用力测量
Force platform
How to measure force application?
Mount on the floor
Step on the platform
三维测力台外观及坐标系
2.肌肉力测量
实验室肌肉力量测量
简单测力计握力计、背力计、钢丝绳张力计力量测量系统 Cybex6000 Biodex、Contrex Isomed 2000 AKM/BKM上下肢肌力测量系统……
运训练器械测量动现举重场（1RM）…… 肌肉简单测力计力量专项力量训练手段，如纵跳、测量
（一）人体惯性参数
质量（mass）：物体含物质的多少。人体各环节的质量为各环节的绝对质量，与人体质量之比为各环节相对质量。
重量（weight）：重力（gravity）的大小。
人体质心（center of mass，COM/CM）:人体质量中心。
人体重心（center of gravity ，COG/CG）:人体所受重力的集中点。环节质心（重心）位置转动惯量（inertia）：转动物体的惯性量度。
电子测角仪
加速度计
常速和高速摄影、常速和高速摄像测量多种参数。
录像运动技术分析工作流程
（a）
（b）
（c）
（d）
(a) 确定拍摄范围 (b) 摄像机按要求选用合适参数并固定在三角架上；拍摄比例尺和运动动作 (c)录像解析并数据处理 (dห้องสมุดไป่ตู้分析运动技术
平面跟踪摄像方法：把摄像机架在三角架上后，采用非固定连接方法，摄像机可在三角架上左右、上下转动。拍摄时，摄像机的主光轴始终对准受测体，跟踪受测体的运动而转动。该方法可以测量运动范围大、动作周期距离长的运动项目，例如三级跳远、撑竿跳高运动的全程、赛艇的一个划桨周期等。立体摄像测量方法：采用两台或多台摄像机，从不同角度对同一研究对象进行同步拍摄，然后把两台或多台摄像机所拍摄的平面录像进行数字化并把二维像坐标转换成实际空间的三维坐标，计算有关的运动学参数。目前三维运动捕获系统（立体测量）在体育运动技术分析中的应用日益广泛，其中红外光点摄像系统由于其自动化程度、速度及精度方面的优势成为目前实验室研究的主流测量系统。
红外光点摄像系统（左为反射标志点配置示例，右为摄像头）
Vicon多机同步运动数据收集系统结构
录像解析获得的参数举例（跳高倒一步及起跳技术运动学分析）： 1.时间参数：缓冲时间、起跳时间；肢体摆动时相 2.空间参数：步长，H1/H2/H3；身体倾角、缓冲过程和起跳过程的各关节角度；起跳角、腾起角等 3.时空参数：助跑重心速度（水平、垂直、合）；各环节的转动速度；等等。
（a）表面肌电极（b）便携式信号接收器（存储卡）（c）台式信号接收器
肌电测量系统
肌电应用非常广泛，如射击、射箭、举重、步态、自行车、乒乓球、高尔夫球…等均有较好的应用。下图是肌电测量与分析应用于高尔夫击球动作的案例。
肌电测量在高尔夫击球动作分析中的应用
时域分析：积分肌电（IEMG）、均方根振幅（RMS）、均方差、最大值、对称性。
第二章运动生物力学
参数测量
一、人体惯性参数测量
人体惯性参数是指人体整体及环节质量、质心位置、
转动惯量及转动半径。人体环节惯性参数是建立人体模型、进行人体运动技术影像解析的基础数据，其准确程
度直接影响着影像解析结果的精度，因而对人体环节惯
性参数的测量研究一直是运动生物力学学科中的一个重大的基础性课题，同时也是工效学、人类学及人体科学研究的重要组成部分，具有重要的学术价值和应用背景。
主要关节肌肉收缩力矩、峰值力矩；各关节伸肌、屈肌力矩比值；总功、功率、加速能；
3.压力分布测量
测力台测量压力中心
鞋底压力分布动态测量
COP
压力分布测量系统：是测量单位面积上（典型的为 0.5cm2）压力（主要应用于足底压力）的测量系统，可输出整个接触面上的压力分布。分布式足底压力测量系统常见的有：平板式和鞋垫式足底压力测量系统。
角加速度(angular acceleration)：角速度的变化率。
（二）运动学参数测量手段简介
部分参数的简单测量：秒表测量时间、皮尺测量位移和距离等、量角仪测量角度、和角位移等。
照片记录：红外、频闪摄影记录轨迹、角度等。
专用仪器测量：雷达测速、激光测距、关节角度仪测量关节角位移、加速度仪测量环节加速度。卫星定位系统测量大范围项目位置和位移等。
r (t ) x(t )i y(t ) j z(t )k
x x (t )
或
y y(t )
z z (t )
是对运动进行定量描述的基础，也是获得各种运动规律的基本方法。
时间（time）：终末时刻与起始时刻之差。
位移(displacement）: 质点在一段时间内位置的改变。
活体研究法：水浸法（分为浸入法和注入法）称重法（又称平衡板法）放射性同位素法（γ射线扫描法，1978扎齐奥尔斯基）
CT法（计算机X射线断层扫描照相术，1992郑秀媛）
MRI法（核磁共振成像法）数字模型计算法：Hanavan
称重法用于一维、二维重心的测定示意图
人体转动惯量的测定 1．摆动法（双悬点悬吊法）
频域分析（频谱分析）：平均功率频率（MPF）、中心频率（CF或FC）
芬兰Mage –sEMG
美国Noraxon-sEMG
德国Biovision-sEMG
多种测量仪器同步已经称为运动生物力学参数测量得以发展的重要途径；
测量数据的实时反馈是运动生物力学测量用于实践的基础和发展的动力；
新型的测量手段正在不断被创造出来，但一些基本测量的改进仍然可行；
路程（path）：质点实际运动轨迹的长度。也用距离。速度（velocity）：质点位矢对时间的变化率。包括平均速度(average velocity) 和（瞬时）速度（instantaneous velocity）。与速率之差别。加速度（acceleration）：质点速度对时间的变化率。角位移：(angular displacement)：转动的角度。角速度(angular velocity)：单位时间的角位移。
三、动力学参数测量
（一）动力学参数力（force）：物体间的相互作用。力矩（moment，toque）：力和力臂的乘积。冲量（impulse）：力在时间上的累积效应。动量（momentum）：运动物体所具有的“运动量”。冲量矩：外力矩对物体转动的累积效应
动量矩：转动惯量和角速度的乘积。

运动生物力学参数测量