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1、生物力学智能化肌肉力量训练器材的可行性实验研究 刘 宇。，相子元：蔚顺华3 ( 1 中国文化土学，自湾自j ： 2 自n 体育掣，自鹰自2 3 大牛自湾台) I m R * j j 目 n 自力* W R $ # * “( x # # * M # t 。州l r a i n i n gm a c h i n e ) # t * 镕 # H t ”g 目# ( * * I a 4 * # $ * 4 自E # * i * ) 目自T m m 。 * * m 一i * 镕* ”目R u * 白勺i * 日自# $ m m B T # 镕 m # “* # | t * u n # $ & i * #
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7、0 0 0 ) * * P O 0 0 1 。 衰2由超音波传感器与加速度传感器获得之力、 速度与功率之相关系数R 值与尺度化R M S 值 ( 采样频率10 0 0H z ，采集时间1 0s ，N = 1 00 0 0 ) * * 尸 0 0 0 1 。 此外，为了检验采样频率对测试结果的影响，本研究还以五 种不同采样频率l0 0 0H z 、1 0 0H z 、7 5H z 、5 0H z 与2 5H z 进 行实验，以了解不同采样频率对结果的影响，经滤波( c u t o f f 6H z ，2 “o r d e r ) 处理后，各种采样频率对结果曲线型态与峰 值没有显著影响，均满足量化
8、之要求，因此，为了效益考虑， 本研究建议使用2 5H z ( c u t o f f6 H z ，2 一o r d e r ) 。 3 2 讨论 透过二种实验，三种不同测量方法，以力量传感器与加 速度传感器二者间，以及加速度传感器与超音波位移传感器 二者间做相关比较，皆达高度相关( 相关系数R 都在0 9 7 以 上) ，且三种信号之间的均方根差值都非常小( R M S 都在0 1 以下) ，说明三种测量方法均可用于量化与e 化重量训练器 材，并可实时回馈力量、速度、爆发力等参数。应用力量传感 器不但可测出等长与动态肌肉力量的大小，还可推算出加速 度、速度与爆发力等参数，然而，利用力量传感器与
9、加速度传 感器计算上述动态参数时，必须用积分的方式求速度，其对 速度起始值的要求必须为0 ，不然则无法避免计算出不精确 的值。超音波位移计是经由微分求速度。对起始条件没有要 求，计算中亦不会产生偏移现象结果相对比较稳定。但是， 位移经二次微分所得到的加速度其高频误差较大，必须经过 适当低通滤波处理( W i n t e r ，1 9 9 0 ) ，考虑上述原因，总体而言 位移计较适合用于动态参数之测量。 8 8 重量训练器材若能够使其数字化，不但能够提供使用者 力量、速度、爆发力等参数实时回馈之信息，同时还为运动训 练提供了量化的依据，进而达到科学化训练的目的。更重要 的是。加装感应器的数字化
10、重量训练器材。若能够在增加有 限成本的条件下普及运用，其意义在于它可以使传统的重量 训练器材跃升为数字化科技产品，使其由传统产业的技术平 台，提升为数字化科技产品之平台，大大提升了产品的应用 价值与科学价值。所谓科学价值是指在上述数字化仪器的基 础上，该仪器还可提供计算机化I 0 接口，使重量训练器材 达到计算机化与网络化控制的功能。并可根据需要针对特定 使用者研发肌力训练与诊断( 刘宇等人，1 9 9 6 ) 的计算机应用 软件，使该器材成为科学研究的仪器设备。此外。在数字化的 基础上，未来还可将力量练习房的多台重量训练器乃至整个 社区、整个城市的练习器透过计算机网络联系起来。实现网 络化控
11、制管理，训练者只要透过I n t e r n e t ，便可获得适合自己 的训练计划安排，并且整个训练过程也都可以记录在计算机 网络中或个人I C 卡上，训练者不需要教练和指导员全程在 场即可完成系统的科学训练，亦可达到远程指导的目的。 5 主要结论 本研究在传统重量训练器材上，加装力量、加速度以及 超音波位移传感器。对重量训练的各项生物力学参数进行量 化。透过二种实验，三种不同测量方法，以力量传感器与加速 度传感器二者间，以及加速度传感器与超音波位移传感器二 者间做相关比较，力量、速度、功率( 爆发力) 等生物力学参数 皆达高度相关( P 0 0 0 1 ) ，且三种信号之间的均方根 ( R
12、 M S ) 差值都非常小( 在0 1 以下) ，说明三种测量方法均可 用于量化与e 化重量训练器材上。 使用加速度传感器与力量传感器必须做积分运算求速 度，要求初速度必须为0 ，对动作初始条件的要求较严格，否 则速度曲线会偏离水准轴，而无法得到正确结果。若利用超 音波位移传感器的信号做微分运算求速度，运算结果不受初 始条件之影响，但是。位移经二次微分所得到的加速度其高 频误差较大，必须经过适当低通滤波处理。综合上述因素，总 体而言建议使用超音波位移传感器用于动态参数之测量。 参考文献： 1 B E H MDG ，S A L EDG V e l o c i t yS p e c i f i c
13、 i t yo fR e s i s t a n c e T r a i n i n g J S p o r t sM e d i c i n e ，1 9 9 3 ，1 5 ：3 7 8 3 8 8 2 K A N E H I S AH ，M I Y A S H I T AM S p e c i f i c i t yo fV e l o c i t yi n S t r e n g t hT r a i n i n g J E u r o p e a n J o u r n a lo f A p p l i e d P h y s i o l o g y ，1 9 8 3 ，5 2 ：1
14、0 0 1 0 6 E 3 K N U T T G E NHG K O M IPV B a s i cD e f i n i t i o n sf o rE x e r c i s e C I nPVK o m i ( e d s ) S t r e n g t ha n dP o w e ri nS p o r t M O x f o r d ：B l a c k w e l lS c i e n t i f i cP u b l i c a t i o n s ，19 9 2 3 - 6 4 R A H M A N IA ，D A L L E A UG ，V I A L EF 。e ta
15、1 V a l i d i t ya n d R e l i a b i l i t yo fK i n e m a t i cD e v i c ef o rM e a s u r i n gt h eF o r c e D e v e l o p e dd u r i n gS q u a t t i n g J J o u r n a lo fA p p l i e d B i o m e c h a n i c s 2 0 0 0 ，1 6 ：2 6 3 5 5 W I N T E RDA B i o m e c h a n i c sa n dM o t o rC o n t r o lo fH u m a n M o v e m
