基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉與借力單杠雙力臂動(dòng)作的拮抗關(guān)系研究

摘要：基于借力單杠雙力臂動(dòng)作中的身體姿勢(shì)變化設(shè)計(jì)其拮抗訓(xùn)練動(dòng)作——杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉，并使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法驗(yàn)證與量化不同重量的杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉與借力單杠雙力臂動(dòng)作的拮抗關(guān)系。招募有經(jīng)驗(yàn)的綜合體能訓(xùn)練愛好者10名，通過線性傳感器計(jì)與慣性測(cè)量單元采集借力單杠雙力臂動(dòng)作和杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)數(shù)據(jù)，使用一維統(tǒng)計(jì)參數(shù)映射（SPM1D）和動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整（DTW）機(jī)器學(xué)習(xí)算法，驗(yàn)證與量化兩者之間的拮抗關(guān)系。結(jié)果顯示：兩個(gè)動(dòng)作在肩關(guān)節(jié)外展內(nèi)收、內(nèi)旋外旋、屈曲伸展以及肘關(guān)節(jié)內(nèi)旋外旋上，存在拮抗關(guān)系。當(dāng)杠鈴重量約60%1RM（1次最大重量）時(shí)，兩個(gè)動(dòng)作的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)擬合度最佳；當(dāng)杠鈴重量低于60%1RM時(shí)，兩個(gè)動(dòng)作的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的拮抗關(guān)系更加顯著。研究認(rèn)為：杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作與借力單杠雙力臂動(dòng)作存在拮抗關(guān)系，可用其來優(yōu)化借力單杠雙力臂動(dòng)作的訓(xùn)練效果，但杠鈴配重需要根據(jù)訓(xùn)練目標(biāo)和訓(xùn)練者能力進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)訓(xùn)練目標(biāo)為提升上肢爆發(fā)力時(shí)，可使用約60%1RM的杠鈴配重，而當(dāng)訓(xùn)練目標(biāo)為提升借力單杠雙力臂動(dòng)作技巧時(shí)，則可用低于60%1RM的杠鈴配重。關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)；拮抗動(dòng)作；運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練；杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉；借力單杠雙力臂動(dòng)作；機(jī)器學(xué)習(xí)算法在運(yùn)動(dòng)科學(xué)和體育訓(xùn)練領(lǐng)域，借力單杠雙力臂（圖1（1））作為體操運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)動(dòng)作，在體操訓(xùn)練中占據(jù)核心地位[1]。同時(shí)，該動(dòng)作不僅涉及人體上肢和軀干的大多數(shù)關(guān)節(jié)的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，包括肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)，還需要軀干和骨盆的協(xié)調(diào)發(fā)力。因此，借力單杠雙力臂動(dòng)作在提升運(yùn)動(dòng)員的上肢與軀干的爆發(fā)力和協(xié)調(diào)性方面，表現(xiàn)出了極高的效率，極具訓(xùn)練價(jià)值，已被多種運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的專項(xiàng)體能訓(xùn)練所納入，包括綜合體能、游泳和籃球等[1-2]。然而，正因?yàn)榻枇胃茈p力臂動(dòng)作涉及復(fù)雜的上肢和軀干關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)及協(xié)調(diào)，因此，除體操項(xiàng)目外，借力單杠雙力臂動(dòng)作在其他運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的專項(xiàng)體能訓(xùn)練中，屬于訓(xùn)練難度較高的動(dòng)作之一[3]。對(duì)于訓(xùn)練者而言，掌握這一動(dòng)作不僅需要良好的基礎(chǔ)身體素質(zhì)，還需通過大量的練習(xí)來熟練掌握相關(guān)動(dòng)作技術(shù)。所以，雖然借力單杠雙力臂動(dòng)作擁有較高的訓(xùn)練價(jià)值，但在掌握該動(dòng)作之前，訓(xùn)練者不得不冒著受傷的風(fēng)險(xiǎn)，消耗大量的時(shí)間和精力去掌握該動(dòng)作，影響長期的訓(xùn)練收益[4]。因此，找到一種科學(xué)的途徑，提升借力單杠雙力臂動(dòng)作學(xué)習(xí)及訓(xùn)練的效率，在不額外增加訓(xùn)練量和訓(xùn)練強(qiáng)度的前提下維持訓(xùn)練收益，是十分重要且有意義的。拮抗訓(xùn)練作為一種重要的訓(xùn)練策略，旨在針對(duì)某個(gè)訓(xùn)練動(dòng)作所涉及肌肉（群），選擇某個(gè)特定的拮抗動(dòng)作，對(duì)運(yùn)動(dòng)功能互為拮抗關(guān)系的肌肉（群）進(jìn)行訓(xùn)練。這一策略的核心在于通過訓(xùn)練那些在生物力學(xué)上與主要運(yùn)動(dòng)相反的肌肉（群），以平衡肌肉（群）之間的力量和功能，從而提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷[5]。拮抗訓(xùn)練涉及兩個(gè)主要方面：其一是所采用的動(dòng)作所涉及的肌肉（群）必須與原動(dòng)作所涉及的肌肉（群）之間存在明確的運(yùn)動(dòng)功能上的拮抗關(guān)系，確保這兩組肌肉在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生相對(duì)的活動(dòng)模式；其二是訓(xùn)練參數(shù)（如負(fù)荷、組數(shù)、每組次數(shù)和組間歇等）要與原訓(xùn)練參數(shù)相匹配，以確保訓(xùn)練效果的最大化[6]。之前的研究已經(jīng)證實(shí)，通過在抗阻訓(xùn)練計(jì)劃中合理增加拮抗訓(xùn)練，不僅可以提升相關(guān)關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性及運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，而且在促進(jìn)肌肉之間的平衡、提高整體運(yùn)動(dòng)效率方面有顯著效果，對(duì)于減少由肌肉不平衡導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)損傷更是具有重要意義[7-8]。目前，拮抗訓(xùn)練中所采用的拮抗動(dòng)作，主要針對(duì)單關(guān)節(jié)或雙關(guān)節(jié)動(dòng)作。其中，單關(guān)節(jié)動(dòng)作的拮抗動(dòng)作選擇?；诩∪猓ㄈ海┑倪\(yùn)動(dòng)解剖學(xué)特征，如站姿杠鈴肱二頭肌彎舉的拮抗動(dòng)作常選用站姿繩索下拉，坐姿膝伸展的拮抗動(dòng)作常選用俯臥屈膝。而雙關(guān)節(jié)動(dòng)作的拮抗動(dòng)作的選擇?；趧?dòng)作對(duì)外部負(fù)荷的作用效果，如臥推（即仰臥水平推，訓(xùn)練者以仰臥姿勢(shì)將外部負(fù)荷在水平方向上推離身體，動(dòng)作成分為肩關(guān)節(jié)水平內(nèi)收結(jié)合肘關(guān)節(jié)伸展）的拮抗動(dòng)作常采用俯身杠鈴劃船（即俯身水平拉，以俯身姿勢(shì)將外部負(fù)荷在水平方向上拉近身體，動(dòng)作成分為肩關(guān)節(jié)水平外展結(jié)合肘關(guān)節(jié)屈曲）。然而，由于復(fù)合動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特征較為復(fù)雜，目前針對(duì)多關(guān)節(jié)復(fù)合動(dòng)作的拮抗訓(xùn)練研究和探索是缺乏的，尤其是上肢和軀干，主要原因在于上肢和軀干的多關(guān)節(jié)復(fù)合動(dòng)作所涉及的關(guān)節(jié)數(shù)量、關(guān)節(jié)類型以及協(xié)調(diào)模式，比下肢多關(guān)節(jié)復(fù)合動(dòng)作更多更復(fù)雜。所以，借力單杠雙力臂動(dòng)作拮抗訓(xùn)練動(dòng)作，僅僅依靠簡(jiǎn)單借鑒單關(guān)節(jié)和雙關(guān)節(jié)動(dòng)作的拮抗訓(xùn)練動(dòng)作設(shè)計(jì)方法是不夠的。本研究基于“身體姿勢(shì)”考量（即重點(diǎn)關(guān)注訓(xùn)練者在執(zhí)行特定多關(guān)節(jié)復(fù)合動(dòng)作過程中的身體姿勢(shì)的變化，起源于人體運(yùn)動(dòng)控制理論中的程序控制理論，即運(yùn)動(dòng)由中樞神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動(dòng)程序控制，包含執(zhí)行特定運(yùn)動(dòng)所需的動(dòng)作指令，不完全依賴于外界反饋[9]），發(fā)現(xiàn)奧林匹克舉重訓(xùn)練中的杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉（圖1（2））可能可以成為借力單杠雙力臂的拮抗動(dòng)作，因?yàn)樵趫?zhí)行借力單杠雙力臂的過程中，人體通過做功升高身體質(zhì)心（COM）的位置，而在執(zhí)行杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉的過程中，人體通過做功升高杠鈴的位置。因此，執(zhí)行借力單杠雙力臂和杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作的過程中，單杠和杠鈴相對(duì)于人體的運(yùn)動(dòng)軌跡相反——借力單杠雙力臂動(dòng)作過程中，單杠相對(duì)于人體從過頂位轉(zhuǎn)換到髖部，而在杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作中，杠鈴桿從髖部（即預(yù)蹲位）轉(zhuǎn)換到過頂位[10-11]?；谶@一發(fā)現(xiàn)，本研究假設(shè)杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉與借力單杠雙力臂動(dòng)作存在拮抗關(guān)系，旨在通過運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，探索、分析并量化兩種動(dòng)作之間的拮抗關(guān)系。1研究方法1.1研究設(shè)計(jì)和受測(cè)者招募招募10名綜合體能訓(xùn)練愛好者作為受測(cè)者，招募期為2周，受測(cè)者系自愿報(bào)名，納入標(biāo)準(zhǔn)為：（1）年齡18～25歲，性別不限；（2）半年內(nèi)無運(yùn)動(dòng)損傷史和臨床高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)禁忌；（3）已熟練掌握借力單杠雙力臂和杠鈴實(shí)力抓舉動(dòng)作；（4）借力單杠雙力臂連續(xù)完成最大次數(shù)不低于5次；（5）杠鈴實(shí)力抓舉1次可重復(fù)最大重量（1RM）不低于60kg。受測(cè)者排除標(biāo)準(zhǔn)為：（1）年齡不符合納入標(biāo)準(zhǔn)；（2）半年內(nèi)有運(yùn)動(dòng)損傷史或高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)禁忌；（3）測(cè)試前48h存在飲酒、熬夜等容易誘發(fā)運(yùn)動(dòng)中不良事件的風(fēng)險(xiǎn)因素；（4）存在焦慮、躁郁、抑郁等心理健康問題。受測(cè)者報(bào)名后須填寫相關(guān)登記表以記錄其基礎(chǔ)信息。受測(cè)者簽署知情同意書后，在研究人員的協(xié)助下進(jìn)行借力單杠雙力臂連續(xù)完成最大次數(shù)和杠鈴實(shí)力抓舉1RM測(cè)試。最終，共有12名綜合體能訓(xùn)練愛好者報(bào)名參與測(cè)試，最終8名符合要求的男性受測(cè)者參與測(cè)試，年齡（21.2±1.2）歲，身高（175.6±2.2）cm，體重（70.3±6.6）kg，借力單杠雙力臂連續(xù)完成最大次數(shù)（7.2±3.2）次，杠鈴實(shí)力抓舉1RM為（65.2±5.2）kg。1.2整體測(cè)試所有受測(cè)者均被詳細(xì)告知測(cè)試方案，并簽署知情同意書，測(cè)試方案由寧波大學(xué)體育學(xué)院倫理委員會(huì)審查批準(zhǔn)（編號(hào)：20240058）。整體測(cè)試流程包含6個(gè)測(cè)試日，每2個(gè)測(cè)試日之間安排2日休息。每個(gè)測(cè)試日中，受測(cè)者須完成5組、每組3次的測(cè)試動(dòng)作，每個(gè)測(cè)試日只進(jìn)行1種動(dòng)作的測(cè)試。測(cè)試動(dòng)作順序?yàn)椋海?）借力單杠雙力臂（采用國際體操聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，杠高255cm，杠長240cm，直徑2.8cm）；（2）20kg杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉；（3）30kg杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉；（4）40kg杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉；（5）50kg杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉；（6）60kg杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉。測(cè)試過程中允許受測(cè)者使用握力帶、腰帶以及其他運(yùn)動(dòng)護(hù)具，其中杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉的測(cè)試采用國際舉重聯(lián)合會(huì)規(guī)定的奧林匹克舉重專用杠鈴和杠鈴片，受測(cè)者須穿著專業(yè)舉重鞋在舉重臺(tái)上完成測(cè)試。1.3測(cè)試流程測(cè)試流程包括熱身、主測(cè)試、冷身和放松整理4個(gè)步驟。（1）熱身：受測(cè)者在測(cè)試前先進(jìn)行5min的功率自行車騎行，之后進(jìn)行5min全身動(dòng)態(tài)拉伸。其間測(cè)試人員利用6～20分Borg自覺疲勞量表控制受測(cè)者的自覺疲勞程度，熱身強(qiáng)度保持在量表分8～10分的范圍[12]。（2）主測(cè)試：受測(cè)者以自覺舒適的熱身方案，進(jìn)行2～3組熱身。待受測(cè)者向測(cè)試人員表示可以進(jìn)行正式測(cè)試后，進(jìn)行5組、每組3次的測(cè)試，組間休息為3min。（3）冷身：受測(cè)者進(jìn)行5min的功率自行車騎行，強(qiáng)度以受測(cè)者感到舒適為準(zhǔn)。（4）放松整理：受測(cè)者可自主選擇10min的放松整理內(nèi)容，如拉伸、泡沫軸按壓或筋膜槍放松等。1.4數(shù)據(jù)采集采集受測(cè)者進(jìn)行借力單杠雙力臂和不同重量杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉時(shí)的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)數(shù)據(jù)。（1）運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，包括借力單杠雙力臂動(dòng)作過程中的人體質(zhì)心（COM）垂直方向上的位移和速度、杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作過程中杠鈴垂直方向上的位移和速度，以及所有測(cè)試動(dòng)作中人體肩關(guān)節(jié)內(nèi)收/外展角度、肩關(guān)節(jié)內(nèi)旋或外旋角度、肩關(guān)節(jié)屈曲或伸展角度、肘關(guān)節(jié)內(nèi)旋或外旋角度和肘關(guān)節(jié)屈曲或伸展角度。（2）動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，包括每位受測(cè)者杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉的1RM，以及正式測(cè)試中的杠鈴重量、受測(cè)者輸出力量、輸出功率和對(duì)外做功。其中，人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)由Xsens慣性運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)（XsensTechnologies公司，荷蘭）采集[13-14]，人體COM的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)、杠鈴的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)、受測(cè)者輸出力量、輸出功率和對(duì)外做功由Gymaware力量功率測(cè)試系統(tǒng)（Gymaware公司，澳大利亞）采集。1.5數(shù)據(jù)處理和分析首先，利用Jamovi統(tǒng)計(jì)分析軟件（版本2.3.17，https：//），采用配對(duì)樣本檢驗(yàn)，以=0.05為統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性標(biāo)準(zhǔn)，比較受測(cè)者在執(zhí)行不同重量的杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉過程的時(shí)間、杠鈴位移、相對(duì)總做功，杠鈴速度、相對(duì)輸出功率、相對(duì)輸出力量均值和峰值，執(zhí)行借力單杠雙力臂動(dòng)作過程的時(shí)間、身體COM位移、相對(duì)總做功，身體COM速度、相對(duì)輸出功率、相對(duì)輸出力量均值和峰值之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。同時(shí)，為了探究兩個(gè)動(dòng)作中人體COM和杠鈴在上升過程中位置變化以及人體輸出力量和功率在時(shí)間序列上的差異，本研究采用一維統(tǒng)計(jì)參數(shù)映射（SPM1D）算法中的獨(dú)立樣本檢驗(yàn)，以=0.05為統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)比不同重量的杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉和借力單杠雙力臂動(dòng)作中，人體COM和杠鈴在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的輸出功率和力量數(shù)據(jù)[15-16]。SPM1D算法在處理復(fù)雜運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。具體而言，SPM1D允許全面地分析運(yùn)動(dòng)過程中的整個(gè)時(shí)間序列，而不僅限于有限的離散時(shí)間點(diǎn)。該優(yōu)勢(shì)對(duì)于本研究至關(guān)重要，因?yàn)槎嚓P(guān)節(jié)復(fù)合動(dòng)作涉及連續(xù)、復(fù)雜的身體運(yùn)動(dòng)，其中運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)在整個(gè)動(dòng)作執(zhí)行周期內(nèi)持續(xù)變化，使用SPM1D能夠揭示這些連續(xù)變化過程中的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，為動(dòng)作之間可能存在的拮抗關(guān)系提供全面的視角，提高了統(tǒng)計(jì)分析的全面性和準(zhǔn)確性。根據(jù)本研究假設(shè)，兩個(gè)動(dòng)作若存在拮抗關(guān)系，其關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)應(yīng)該呈現(xiàn)反向匹配的特征，即杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作中某關(guān)節(jié)在某個(gè)自由度上的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)經(jīng)首尾倒置后，與借力單杠雙力臂動(dòng)作中該關(guān)節(jié)在該自由度上的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)一致。此外，在運(yùn)動(dòng)科學(xué)研究中，即使是相同的動(dòng)作，不同個(gè)體執(zhí)行時(shí)的節(jié)奏和速度往往存在差異，直接比較這些時(shí)間序列可能會(huì)忽略掉這種非同步性帶來的影響。在本研究中，絕對(duì)負(fù)荷的不同和受測(cè)者之間運(yùn)動(dòng)能力的個(gè)體差異會(huì)導(dǎo)致動(dòng)作完成時(shí)間的差異，繼而導(dǎo)致在相同的采樣率下，不同受試者完成一次動(dòng)作所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量存在差異，難以直接進(jìn)行橫向?qū)Ρ?。因此，結(jié)合以上兩點(diǎn)，本研究以借力單杠雙力臂動(dòng)作中肩關(guān)節(jié)（3個(gè)自由度：屈曲或伸展、內(nèi)收或外展、內(nèi)旋或外旋）和肘關(guān)節(jié)（2個(gè)自由度：屈曲或伸展、內(nèi)旋或外旋）位對(duì)照，采用動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整（DTW）算法，和首尾轉(zhuǎn)置前后杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作中對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行時(shí)序特征對(duì)比，通過計(jì)算數(shù)據(jù)序列之間的DTW距離，探究兩個(gè)動(dòng)作中肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)在不同自由度上的拮抗關(guān)系[17]。DTW算法通過尋找最佳路徑來量化兩個(gè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)之間的差異。由于本研究所采集的時(shí)間序列上的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)屬于二維數(shù)據(jù)，故采用歐式距離作為距離度量，計(jì)算公式如公式（1）：其中，（）為數(shù)據(jù)序列的第個(gè)數(shù)據(jù)值與數(shù)據(jù)序列的第個(gè)數(shù)據(jù)值之間的歐式距離。在求解每一個(gè)（）后，通過公式（2）和公式（3）計(jì)算累積距離矩陣（），最后根據(jù)累積的距離矩陣計(jì)算數(shù)據(jù)序列和數(shù)據(jù)序列之間的DTW距離，DTW距離越小，表示兩個(gè)序列之間的相似性越高[17]。根據(jù)以上，DTW算法可以解決由于個(gè)體之間動(dòng)作執(zhí)行速度差異導(dǎo)致的時(shí)間序列對(duì)齊問題，DTW算法通過動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)間序列，使得兩個(gè)序列在時(shí)間軸上進(jìn)行最佳匹配，從而使比較更加合理和準(zhǔn)確。本研究通過DTW算法，可以確保在比較兩個(gè)動(dòng)作的相應(yīng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)間序列之間的相對(duì)位置和變化趨勢(shì)得到正確對(duì)齊，增強(qiáng)了對(duì)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)分析的時(shí)序精度和比較有效性。本研究所使用的SPM1D和DTW算法程序的構(gòu)建，均使用VisualCodeStudio軟件（版本1.65.1，Microsoft公司，美國），在Python語言環(huán)境下編寫。2結(jié)果與分析2.1杠鈴和身體質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)使用不同重量的杠鈴執(zhí)行高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作和完成借力單杠雙力臂動(dòng)作時(shí)杠鈴和身體COM的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)（包括動(dòng)作耗時(shí)、位移、速度、輸出功率及相對(duì)力量的峰值和均值）的描述統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。結(jié)果顯示，杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作和借力單杠雙力臂動(dòng)作中杠鈴和身體COM的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，會(huì)受到杠鈴配重的影響。數(shù)據(jù)表明，杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉的動(dòng)作耗時(shí)與借力單杠雙力臂無顯著性差異（>0.05），但杠鈴COM位移顯著大于借力單杠雙力臂過程中人體COM的位移（<0.001）。此外，杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉過程中，人體對(duì)杠鈴輸出的功率峰值以及人體對(duì)杠鈴施加的相對(duì)力量，與借力單杠雙力臂相比無顯著性差異（>0.05）。但是，杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉過程中人體輸出功率均值和總做功顯著大于借力單杠雙力臂（<0.001）。由于僅20kg杠鈴配重下，杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作耗時(shí)顯著少于借力單杠雙力臂（<0.05），因此人體輸出功率峰值無顯著差異的原因可能是在類似的動(dòng)作完成時(shí)間內(nèi)，杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作中杠鈴COM位移顯著大于借力單杠雙力臂過程中人體COM的位移，但杠鈴配重低于訓(xùn)練者體重。此外，以40kg杠鈴進(jìn)行高懸垂位實(shí)力抓舉的動(dòng)作擁有最高的速度峰值（3.05±0.08）m·s-1、最高的輸出功率（3201.03±1061.52）J·s-1以及最高的相對(duì)輸出力量（14.84±2.86）N·kg-1，并且和借力單杠雙力臂動(dòng)作中的相應(yīng)數(shù)據(jù)相比最為接近。使用不同重量的杠鈴執(zhí)行高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作和完成借力單杠雙力臂動(dòng)作時(shí)杠鈴和身體COM的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的一維統(tǒng)計(jì)參數(shù)映射（SPM1D）獨(dú)立樣本檢驗(yàn)的結(jié)果如圖2和圖3所示，結(jié)果顯示，杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作過程中，杠鈴的速度以及身體對(duì)杠鈴所輸出的功率，在一維時(shí)間序列上和借力單杠雙力臂借力單杠雙力臂動(dòng)作過程中的相應(yīng)數(shù)據(jù)無顯著差異（僅30kg、40kg和yvM2GW9rmijTZWqW87YlYw==50kg的杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作過程中存在細(xì)微差異，且差異階段所占動(dòng)作周期的百分比遠(yuǎn)小于5%）。2.2關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)使用不同重量的杠鈴執(zhí)行高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作和完成借力單杠雙力臂動(dòng)作時(shí)肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)在整個(gè)動(dòng)作周期內(nèi)的描述統(tǒng)計(jì)如表2所示。結(jié)果表明，肩關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍方面，單杠雙力臂動(dòng)作最高，額狀面（26.53±3.59～122.25±0.94）°，水平面（-33.84±1.57～61.41±4.94）°，矢狀面（-31.19±2.53～105.98±4.00）°；而60kg配重杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作高于其他配重，額狀面（16.63±1.14～140.51±3.97）°，水平面（-12.26±0.87～44.26±1.60）°，矢狀面（8.74±1.17～110.01±3.61）°。肘關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍方面，40kg配重杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作與單杠雙力臂動(dòng)作在水平面和整體運(yùn)動(dòng)范圍上最為接近，借力單杠雙力臂，水平面（27.57±0.55～94.32±0.00）°，矢狀面（12.12±3.62～78.60±5.85）°；40kg杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉：水平面（32.40±1.35～110.79±8.17）°，矢狀面（5.55±0.15～56.42±2.42）°。使用不同重量的杠鈴執(zhí)行高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作和完成借力單杠雙力臂動(dòng)作時(shí)肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)之間的DTW距離計(jì)算結(jié)果如表3所示。表3詳細(xì)報(bào)告了通過動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整（DTW）算法所計(jì)算的使用不同重量的杠鈴執(zhí)行高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作和完成借力單杠雙力臂動(dòng)作時(shí)，肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)的DTW距離。結(jié)果表明，30kg杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作過程中，肩關(guān)節(jié)外展內(nèi)收（轉(zhuǎn)置前1213.35，轉(zhuǎn)置后624.21）、肩關(guān)節(jié)內(nèi)旋外旋（轉(zhuǎn)置前2991.57，轉(zhuǎn)置后663.10）、肩關(guān)節(jié)屈曲伸展（轉(zhuǎn)置前4558.73，轉(zhuǎn)置后1278.94），以及肘關(guān)節(jié)內(nèi)旋外旋（轉(zhuǎn)置前3760.13，轉(zhuǎn)置后1801.99）和屈曲伸展（轉(zhuǎn)置前766.41，轉(zhuǎn)置后525.11）的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)經(jīng)過首尾轉(zhuǎn)置后，和借力單杠雙力臂動(dòng)作中對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)在該自由度上運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)的DTW距離大幅減?。p小8396.85，減小幅度63.18%）。3討論本研究通過運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，探索、分析并量化了不同重量杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉與借力單杠雙力臂動(dòng)作之間的拮抗關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)，杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉與借力單杠雙力臂動(dòng)作，在上肢主要關(guān)節(jié)的部分自由度上存在一定的拮抗關(guān)系，分別為肩關(guān)節(jié)外展內(nèi)收、肩關(guān)節(jié)內(nèi)旋外旋、肩關(guān)節(jié)屈曲伸展以及肘關(guān)節(jié)內(nèi)旋外旋。其中，肩關(guān)節(jié)作為人體最復(fù)雜的關(guān)節(jié)之一，通過聯(lián)合肩鎖關(guān)節(jié)、胸鎖關(guān)節(jié)、肩胛胸廓關(guān)節(jié)以及盂肱關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)3個(gè)自由度上復(fù)雜活動(dòng)，其聯(lián)合肘關(guān)節(jié)的內(nèi)旋外旋和屈伸，貢獻(xiàn)了人體上肢大動(dòng)作的重要成分[18-19]。肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)上的拮抗關(guān)系，反映了相關(guān)肌肉在執(zhí)行力量輸出和運(yùn)動(dòng)控制時(shí)的復(fù)雜協(xié)調(diào)。單杠雙力臂動(dòng)作的“壓肩”階段，肩關(guān)節(jié)快速伸展，肱三頭肌長頭收縮發(fā)力，肱二頭肌（肘關(guān)節(jié)屈?。﹥?chǔ)存彈性勢(shì)能，在后續(xù)的屈肘“上拉”階段產(chǎn)生更大的力量，實(shí)現(xiàn)身體COM的快速上升。類似地，在杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作的“提鈴”階段，肩關(guān)節(jié)快速外展、屈曲和外旋，同時(shí)肘關(guān)節(jié)快速屈曲，肱三頭?。ㄖ怅P(guān)節(jié)伸展肌群）在該過程中儲(chǔ)存彈性勢(shì)能，在后續(xù)的推舉支撐階段產(chǎn)生更大的力量。這種拮抗關(guān)系的存在，從根本上反映了肌肉群在執(zhí)行復(fù)雜動(dòng)作時(shí)的動(dòng)態(tài)平衡和力量分配，確保了關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)效率[20-22]。因此，單杠雙力臂和杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作在肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)上所存在的拮抗關(guān)系，在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)和運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)視角下是合理的。本研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)力學(xué)方面，針對(duì)單杠雙力臂動(dòng)作，40kg杠鈴（約61.5%1RM）高懸垂位實(shí)力抓舉與其的拮抗關(guān)系最顯著。40kg杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作不僅擁有最高的速度峰值、最高的輸出功率峰值以及最高的相對(duì)輸出力量，并且和借力單杠雙力臂動(dòng)作中的相應(yīng)數(shù)據(jù)相比，在數(shù)值上最為接近。此外，雖然不同重量的杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉的輸出功率峰值與單杠雙力臂動(dòng)作相比均無顯著性差異（>0.05），但是40kg杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉的輸出爆發(fā)力峰值和相對(duì)力量峰值是最高的，考慮到研究中不同重量的杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉的相對(duì)力量均低于單杠雙力臂，可以認(rèn)為40kg杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉過程中人體對(duì)杠鈴所輸出的相對(duì)力量與單杠雙力臂動(dòng)作最接近。該發(fā)現(xiàn)符合力量訓(xùn)練中的力-速度關(guān)系，即在一定范圍內(nèi)，隨著負(fù)荷的增加，最大功率輸出在某一點(diǎn)達(dá)到峰值[23]。對(duì)于杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動(dòng)作，40kg的負(fù)荷為運(yùn)動(dòng)者提供了足夠的阻力來增強(qiáng)肌肉力量和爆發(fā)力，同時(shí)保持較高的運(yùn)動(dòng)速度，這對(duì)于提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)至關(guān)重要。這一點(diǎn)通過生物力學(xué)的分析得