臺灣博碩士論文加值系統

桌球正手抽球動作三度空間之運動學分析
指導教授：翁梓林 博士
研 究 生：梁世建
摘要
本研究主要目的在探討桌球正手抽球動作引拍期、揮拍擊球期、隨勢揮拍期、還原期共四期之揮拍時間、距離、位移、速度及人體關節角度、速度及人體重心速度、位移之運動學參數。受試對象為國泰女桌代表隊二名成人國手及另二名少年國手共四名選手(皆為右手持橫拍，正手反膠拍面），平均年齡、身高、體重分別為15.53 1.01歲，160.25 4.79cm， 58.75 11.64kg。實驗儀器以二部Mega speed高速攝影機（120hz）。實驗開始前先拍攝3D參考架5秒，並在受試者身體主要關節位置貼21個反光球，以Smart szs-3000型發球機發球，進行正手抽球動作之拍攝。拍攝後影像經kwon動作分析系統模組之剪輯(trimmer)、直接線性轉換（DLT）及濾波（filter）處理，並以excel及origin統計軟體進行資料處理，獲得人體從事此動作之三維空間運動學參數。本實驗結果發現：
（一）正手抽球動作分期時間百分比：引拍期約佔整個動作時間的29％，迎球 揮拍期約佔10％，隨勢揮拍期約佔完整時間17％，還原期約佔完整時間39％。全程動作時間與過去研究雖然相近，但本研究引拍時間略短，而還原時間又較長，在比率上稍有不同。
（二）正手抽球動作分期距離百分比：引拍期約佔整個動作距離的24％，迎球揮拍期約佔23％，隨勢揮拍期約佔28％。全程動作距離與過去研究也約略相近，但本研究引拍距離略短，而還原距離又較長，在比率上稍也稍有差異。
（三）、本研究結果在揮拍瞬間球拍均速11.00±1.30公尺/秒與最大速均值15.71±0.01公尺/秒與過去研究十分接近。
（四）、上肢關節運動速度，均自近端至遠端依次遞增，即拍速＞腕速＞肘速＞肩速，符合人體動力鏈原理。二名成人國手之各關節均速均略大於二名少年國手，雖然類似過去研究非全體均符合鞭打效應，但較為符合且揮拍觸球期肩、肘關節角差值最大的S1能能獲得最大拍速。
（五）、軀幹及上肢各關節速度、重心速度均值、峰值與重心軌跡之流暢性仍以二名成人國手稍好，重心在三維空間位移主要方向與關鍵的揮拍觸球期的揮拍方向相符的仍是以S1最好。雖然過去研究均指出桌球之專項特質，選手存有差異性而未重視此線索意義。

本實驗結果經由文獻探討得到以下結論，雖然桌球此專項運動可能因動作型態、打法類型不同而普遍存在選手差異，但藉由人體從事此動作之運動學參數分析，冀盼能映證從事此專項運動時運動原理，亦或探究出最佳運動模式之線索或意義，期盼未來研究者再運用更先進的科學器材、軟體，或結合訓練法之研究等，能引起教練及選手之重視，以作為未來訓練時之參考。

關鍵字：桌球、正手抽球（forehand drive）、運動學

Table Tennis Forehand Drive Movement Three-Dimensional Kinamatics Analysis
Advisor: Tsu-Lin Wong, Ph.D.
Graduat Student: Hsi-Chien Liang
Abstract

This research aims to examine table tennis (ping pong) forehand drive movements during paddle raising (preparation) period, swing to hit (strike) period, continued swing period, and return to original posture period. Specifically this research examines the kinematics parameters related to: time, distance, displacement, and speed of paddle swing, as well as player joint angle changes and speeds of joint changes, and speed and displacement of player center of gravity changes. The test subjects include two female adult team members of the Guo Tai Table Tennis team, who are also Taiwan National Team members, and two junior male members of Taiwan National Team. All four players are right-handed and hold their paddles in the “handshake” style with the reversed rubber face of the paddle used in forehand drive. The average age, height, and weight of the players are 15.53 ± 1.01 years old, 160.25 ± 4.79 cm, and 58.75 ± 11.64 Kg, respectively. The equipment includes two Mega Speed (120 Hz) video cameras for synchronized taping. Before the experiments, the equipment recorded the 3D reference frame for 5 seconds, and 21 reflectors were placed on each player at important joint locations. A Smart-Pong szs-3000 robot was used to produce long, topspin serves, and forehand drives from the players were video taped. The images were processed with Kwon motion analysis system model trimmer, Direct Linear Transformation, and Wave Filter. Then, the data were processed with Excel and Origin statistic and graphing software to obtain kinematics parameters of human body in the 3D movements. These experiments produced the following results:
(1) Forehand drive movement duration ratios: paddle raising period accounts for about 20% of the whole movement duration, swing to hit period accounts for about 10%, continued swing after the hit accounts for about 17%, and return to the original posture accounts for about 39%. The entire durations in the current studies are similar to those previously reported. However, the present studies show relatively shorter duration for paddle raising and longer duration for return to the original posture; these are different from the previously reported findings.
(2) Forehand drive displacement ratios: paddle raising accounts for about 24% of the entire displacement (distance), swinging the paddle to hit the ball accounts for about 23%, continued swing after the hit accounts for about 28%. The entire distances are similar to previously reported results. However, current studies revealed shorter distances for the paddle raising and longer distance for the return to the original posture. These two aspects are also different from the previous studies.
(3) Results from the current studies revealed that the average paddle swing speed is 11.00 ± 1.30 meter/second, and the maximum speed average is 15.71 ± 0.01 meter/second. These results are very similar to previous results.
(4) Changes in the angles of the shoulder joints and the elbow joints during a forehand drive: paddle raising period: 3.06 ± 8.60 degrees for the shoulder joint, and 37.44 ± 12.47 degrees for the elbow joint; swing to hit the ball: 21.55 ± 7.47 degrees for the shoulder joint, and -18.68 ± 8.34 degrees for the elbow joint; continued swing after the hit: 37.87 ± 9.81 degrees for the shoulder joint, and -29.76 ± 12.57 degrees for the elbow joint; return to the original posture: -59.99 ± 8.79 degrees for the shoulder joint, and 2.91 ± 13.42 degrees for the elbow joint. These results, like previously reported results, show substantial variations among the players.
(5) The upper limb joint movement speeds progressively increase from the proximal end to the distal end, i.e., paddle speed > wrist speed > elbow speed > shoulder speed. This observation is consistent with human body movement chain principles. Both adult National Team members have various joint movement speeds faster than those of the two junior National Team members. These results are similar to the previously reposted results. Although these results do not completely conform to whipping effects, they are generally consistent with such effects. Furthermore, one of the players (Shong Nai Yi), who has the most changes in the shoulder and elbow joints, also has the maximum swing speed.
(6) Both adult National Team members have better parameters in their torso and upper and lower limb joint speeds, the average and peak speeds of the center of gravity, and the smoothness of the trace of their center of gravity. In particular, during the critical period of swinging the paddle to hit the ball, only one player (Shong Nai Yi) has consistency between her general movement direction and her center of gravity moving direction in the 3D space. This result should be worth the attention of future investigators.

Results from the current studies are generally consistent with those previously reported. Table tennis is a special sport that is commonly associated with player variations due to different movement or strike styles. However, based on kinematics parameter analysis of players in action, it is hoped that one can deduce the scientific principles of this sport or find out the meaning or clue of the best movement. If future investigators can use more advanced scientific equipment, software, or combine with studies of training method, these studies will catch the interests of coaches and players and serve as references for future trainings.

Keywords: table tennis, forehand drive, kinematics.

目 次
謝誌 Ⅰ
中文摘要 Π
英文摘要 Ⅳ
目次 Ⅶ
表次 Ⅸ
圖次 Ⅹ
壹、緒論 1
一、問題背景 3
二、研究目的 6
三、研究範圍與限制 7
四、名詞操作型定義 8
貳、文獻探討 9
一、桌球基本技術之相關文獻 9
二、上肢打擊運動學相關文獻 12
三、桌球揮拍之運動學相關文獻 16
四、結語 26
參、研究方法與步驟 28
一、研究對象 28
二、實驗時間與地點 29
三、實驗儀器與設備 29
四、場地佈置 31
五、實驗方法與步驟 33
六、運動學資料處理 38

肆、結果與討論 39
一、正手抽球動作各分期所佔時間與百分比率 39
二、正手抽球動作揮拍距離及各階段百分比之運動學參數 43
三、正手抽球動作揮拍均速及均最大速之運動學參數探討 46
四、正手抽球動作球拍在三維空間位移之運動學參數探討 49
五、正手抽球動作軀幹和上肢關節運動速度 52
六、正手抽球動作各分期的上肢關節角度變化 57
七、正手抽球動作上肢及下肢關節速度和角度變化 61
八、正手抽球動作人體全身重心速度變化之運動學參數探討 92
九、正手抽球動作之人體全身重心位移軌跡變化之運動學參數探討 96
十、四名選手之綜合比較分析 101
十一、本章結語 106
伍、結論與建議 108
一、結論 108
二、建議 108
參考文獻 110
一、中文部分 110
二、英文部分 117
附錄 118







表 次
表3－1、受試者基本資料表 28
表4－1、 正手抽球動作的時間及各階段百分比 40
表4－2 、正手抽球動作揮拍距離及百分比 43
表4－3 、正手抽球動作揮拍均速及平均最大速度 46
表4－4 、引拍期球拍在左右、前後、上下方向的揮動位移 49
表4－5 、揮拍觸球期球拍在左右、前後、上下方向的揮動位移 50
表4－6、隨勢揮拍期球拍在左右、前後、上下方向的揮動位移 51
表4－7 、還原期球拍在左右、前後、上下方向的揮動位移 51
表4－8 、引拍期上肢關節和球拍運動速度 52
表4－9 、揮拍觸球期上肢關節和球拍運動速度 53
表4－10 、隨勢揮拍揮拍手臂各環節和球拍運動速度 55
表4－11 、還原階段揮拍手臂各環節和球拍運動速度 56
表4－12 、正手抽球動作引拍階段的關節角度變化 58
表4－13 、正手抽球動作揮擊階段的關節角度變化 59
表4－14 、正手抽球技術隨勢揮拍階段的關節角度變化 60
表4－15 、正手抽球技術還原階段的關節角度變化 60






圖 次
圖1－1、正手抽球動作圖 8
圖3－1、Mega Speed high speed camera Ms25k型高速數位攝影機 29
圖3－2、儀器同步啟動裝置（trigger）示意圖 30
圖3－2、Kwon 3D 參考架示意圖 30
圖3－4、場地佈置圖 31
圖3－5、正手抽球動作三度空間座標 32
圖3－6、反光球黏貼位置圖 34
圖3－7 、Kwon3D動作分析參考架示意圖 35
圖3－8 、Kwon Bsp軟體內建Z4之人體肢段參數圖 36
圖3－9、實驗流程圖 37
圖4－5、四名選手各分期所佔時間百分比 42
圖4－6、揮拍觸球期軀幹、上肢關節和球拍的運動速度 54
圖4－7、四名選手揮拍觸球期上臂及前臂平均角速度 54
圖4－8、四名選手全程動作上臂及前臂平均角速度 55
圖4－9、S1肩關節的速度變化 62
圖4－10、S1肩關節的角度變化 62
圖4－11、S1肘關節的速度變化 63
圖4－12、S1肘關節的角度變化 63
圖4－13、S1腕關節的速度變化 64
圖4－14、S1腕關節的角度變化 65
圖4－15、S1髖關節的速度變化 66
圖4－16、S1髖關節的角度變化 66
圖4－17、S1膝關節的速度變化 67
圖4－18、S1膝關節的角度變化 68
圖4－19、S2肩關節的速度變化 69
圖4－20、S2肩關節的角度變化 69
圖4－21、S2肘關節的速度變化 70
圖4－22、S2肘關節的角度變化 71
圖4－23、S2腕關節的速度變化 72
圖4－24、S2腕關節的角度變化 72
圖4－25、S2髖關節的速度變化 73
圖4－26、S2髖關節的角度變化 74
圖4－27、S2膝關節的速度變化 75
圖4－28、S2膝關節的角度變化 75
圖4－29、S3肩關節的速度變化 76
圖4－30、S3肩關節的角度變化 77
圖4－31、S3肘關節的速度變化 78
圖4－32、S3肘關節的角度變化 78
圖4－33、S3腕關節的速度變化 79
圖4－34、S3腕關節的角度變化 80
圖4－35、S3髖關節的速度變化 81
圖4－36、S3髖關節的角度變化 81
圖4－37、S3膝關節的速度變化 82
圖4－38、S3膝關節的角度變化 83
圖4－39、S4肩關節的速度變化 84
圖4－40、S4肩關節的角度變化 84
圖4－41、S4肘關節的速度變化 85
圖4－42、S4肘關節的角度變化 86
圖4－43、S4腕關節的速度變化 87
圖4－44、S4腕關節的角度變化 87
圖4－45、S4髖關節的速度變化 88
圖4－46、S4髖關節的角度變化 89
圖4－47、S4膝關節的速度變化 90
圖4－48、S4膝關節的角度變化 90
圖4－49、S1重心速度變化 92
圖4－50、S2重心速度變化 93
圖4－51、S3重心速度變化 94
圖4－52、S4重心速度變化 95
圖4－53、S1重心速度軌跡圖 97
圖4－54、S2重心速度軌跡圖 97
圖4－55、S3重心速度軌跡圖 98
圖4－56、S4重心速度軌跡圖 98
圖4－57、S1重心位移軌跡圖 99
圖4－58、S2重心位移軌跡圖 99
圖4－59、S3重心位移軌跡圖 100
圖4－60、S4重心位移軌跡圖 100

參考文獻
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