F - Instytut Sportu

Biomechaniczne monitorowanie
treningu, pomiary w terenie
Zbigniew Staniak
Instytut Sportu, Warszawa
CEL
Wskazanie metod i możliwości
diagnostycznych monitorowania w naturalnych
warunkach treningu wybranych wielkości
mechanicznych związanych z techniką ruchu.
Celowość monitorowania
techniki ruchu w
warunkach naturalnych.
W każdej dyscyplinie sportu
właściwa technika wykonania
zadania ruchowego pozwala:
Charakterystyka przebiegu sił wiosłowania,
przyspieszenia i zmian prędkości łodzi
w funkcji kąta położenia wiosła.
Osada wioślarska W8+.
• efektywnie wykorzystać możliwości siłowo-szybkościowe zawodnika,
• unikać utrwalania niepożądanych nawyków ruchowych,
• skutecznie realizować założoną taktykę walki sportowej,
• minimalizować niepożądane skutki oddziaływania dynamicznych
przeciążeń na aparat ruchowy zawodnika.
Metody monitorowania
techniki ruchu w
warunkach naturalnych.
•Wzrokowa ocena techniki ruchu jest
subiektywna i wymaga bardzo dużego
doświadczenia.
•Analiza zapisów wideo jest na ogół
mało dokładna i obrazuje tylko
kinematykę ruchu.
•Analiza przebiegu zmian wybranych
wielkości mechanicznych segmentów
ciała lub przyrządu.
•Zaawansowane, złożone systemy
monitorowania biomechanicznego.
Charakterystyka przebiegu sił wiosłowania
w funkcji czasu.
Osada wioślarska LM2x.
Do
monitorowania
treningu
warunkach
naturalnych stosowane są zwykle uproszczone systemy
pomiarowe
różnych
wielkości
mechanicznych.
Automatyczna lub półautomatyczna prezentacja i
analiza wyników pomiarów umożliwia jakościową i
ilościową ocenę wysiłku i kinetyki ruchu segmentów
ciała realizowanej techniki ruchu.
ZASADY MONITOROWANIA
Treningu
Aparatura i metody monitorujące nie powinny istotnie:
-zakłócać naturalnej struktury ruchu,
-zmieniać masy sprzętu stosowanego w treningu.
Efektów treningu
Aparatura i metody monitorujące powinny być:
-obiektywne i dokładne adekwatnie do występujących zmian.
-dostępne bezpośrednio po zakończeniu mikrocykli treningowych.
Zminiaturyzowany sprzęt pomiarowy
Przyspieszeniomierz
Zintegrowany rejestrator przyspieszeń
Zintegrowany rejestrator sił i przyspieszeń i kątów
Wzmacniacz tensometryczny z wyświetlaczem
Podzespoły pomiarowe siły
Przetwornik pomiarowy siły ugięcia wiosła
Przetwornik pomiarowy siły
Wiosło w dulce z
zainstalowanymi
przetwornikami
pomiarowymi .
Platforma dynamometryczna 1D
Platforma dynamometryczna 4P
ALTERNATYWNE METODY
POMIARÓW
Do pomiarów zastosowano jednocześnie:
Platformę dynamometryczną
Zestaw pomiarowy przyspieszeń wyposażony w dwuosiowy
przyspieszeniomierz oraz miniaturowy rejestrator.
Skoczek na platformie
dynamometrycznej w postawie
do wyskoku typu SJ
Zestaw pomiarowy przyspieszeń
umocowany do tułowia skoczka.
METODA OBLICZEŃ
Charakterystyki wyskoku
av
ahs
F(t)=Fr(t)-mg
F-siła,
Fr-siła reakcji platformy,
g-przyspieszenie ziemskie
m-masa ciała,
ma(t)=mav(t)-mg
a-przyspieszenie ruchu środka masy ciała,
av-przyspieszenie pionowe,
• specjalnie zmodyfikowano wersję
oprogramowania MVJ_v_3.4 do
analizy wyskoków na podstawie
wypadkowego
przebiegu
przyspieszenia
ze
składowych
dwuosiowego przyspieszeniomierza
rozwijanych
w
płaszczyźnie
strzałkowej skoczka.
Porównanie charakterystyk typu SJ
Przyspieszeniomierz
Platforma
dynamometryczna
Porównanie charakterystyk wyskoku typu CMJ
Przyspieszeniomierz
Platforma
dynamometryczna
Wyniki porównania
Średnie wartości i odchylenia standardowe czasów lotu badanej grupy
w wyskokach typu SJ i CMJ.
Typ wyskoku
SJ
CMJ
CMJ i SJ razem
Platforma
dynamometryczna
Czas lotu (SD) [s]
0,574 0,038
0,603 0,055
0,592 0,051
Dwuosiowy
przyspieszeniomierz
Czas lotu (SD) [s]
0,574 0,042
0,604 0,058
0,592 0,054
Współczynnik
korelacji
0,95*
0,98*
0,97*
*korelacje istotne statystycznie (p<0,05)
System pomiarowy charakterystyki
wiosłowania na kanadyjce
Schemat orientacji osi przyspieszeniomierzy, kierunku siły działającej na wiosło oraz rozmieszczenia
przetworników pomiarowych w kanadyjce C1.
F- siła wiosłowania przyłożona w środku pióra wiosła,
Aw- składowa wzdłużna przyspieszenia łodzi,
Apd, Apr- składowe pionowe przyspieszenia części dziobowej i rufowej łodzi,
Abd, Abr- składowe boczne przyspieszenia części dziobowej i rufowej łodzi.
Charakterystyki
wiosłowania na kanadyjce
Analizowane są:
• Kształt przebiegu mierzonych wielkości.
• Miejsca wystąpienia charakterystycznych
punktów przebiegów.
• Wartości zmierzonych wielkości.
Przydatne do:
• Oceny, nauczania i korekcji techniki
ruchu.
• Oceny wytrzymałości i realizacji
założonej taktyki.
• Doboru składu osad.
Charakterystyki wiosłowania na kajaku
Zmienność charakterystyki wiosłowania na kajaku
Osada kajakowa
K4
System pomiarowy charakterystyki
wiosłowania wioślarzy
Wiosło w dulce z
zamontowanymi
przetwornikami
pomiarowymi
Schemat rozmieszczenia przyspieszeniomierzy na łodzi wioślarskiej
Aw- składowa wzdłużna przyspieszenia łodzi,
APr, APd- składowe pionowe przyspieszenia części dziobowej i rufowej łodzi,
ABd, ABr- składowe boczne przyspieszenia części dziobowej i rufowej łodzi.
APARATURA POMIAROWA
Nakładka
NPW4
Przyspieszeniomierz
A3D-3g
Rejestrator
REJ005
Wielkości mierzone bezpośrednio
Osada M8+
Charakterystyka osady LM2x
F

P
A
K
V
F

P
A
V
F -siła reakcji dulki,
K - kąt położenia wiosła,
V-zmiana prędkości łodzi,
 - prędkość kątowa wiosła,
A -przyspieszenie łodzi,
P -moc.
Wielkości mierzone bezpośrednio. Osada M2-
F
K
A
F
A
F -siła reakcji dulki,
K - kąt położenia wiosła,
A-przyspieszenie łodzi,
Charakterystyka osady M8+
Charakterystyka osady M8+
Charakterystyka osady W8+
Charakterystyki osad LM2x i LW2
LM2x (t)
LW2x (t)
LM2x (k)
LW2x (k)
Zmiany charakterystyki osady M2x
2009 r.
2010 r.
Zmiany charakterystyki osady M8+
2001 r.
2010 r.
Charakterystyka osady M4x
Kompletna charakterystyka osady M2x
F
f
K
e
h
AW
g
a
d
AP
K0
b
V
c
Przykładowa średnia charakterystyka graficzna przebiegów:
siły przeciągnięcia (F), kąta położenia wiosła (K),
przyspieszenia wzdłużnego (AW) łodzi,
przyspieszeń pionowych dziobowej i rufowej części łodzi (AP)
i zmian prędkości łodzi (V).
Małymi literami oznaczono charakterystyczne fragmenty cyklu
wiosłowania (a,b,c,d,e,f,g,h).
POMIARY PRZYSPIESZENIA ŁODZI W WARUNKACH
REGATOWYCH
f
d
e
g
h
a
b
c
Rejestrator REJ004
z przyspieszeniomierzem A3D-3g
Graficzna charakterystyka przebiegu przyspieszeń
dziobowej i rufowej części łodzi z zaznaczonymi
charakterystycznymi fragmentami cyklu wiosłowania.
Charakterystyki przebiegów przyspieszeń osad M2x
Bieg regatowy osady M8+
Zmiany charakterystycznych wielkości przebiegu przyspieszenia (AW)
cyklu wiosłowania osady M8+.
Bieg krokiem łyżwowym
Av
Ahs
Ahc
Rejestrator
Przyspieszeniomierz
Narciarz z osprzętem pomiarowym i schematem
usytuowania osi przyspieszeniomierza.
Projekt: Kompleksowa metoda oceny zdolności wysiłkowej i analizy techniki biegu
narciarzy biegaczy w warunkach naturalnych
Chód naturalny
Zdrowi
Po kontuzji i po rehabilitacji.
Charakterystyki przebiegów przyspieszenia Av, Ahs, i Ahc w takcie chodu.
Trucht
Zdrowi
Po kontuzji i po rehabilitacji
Charakterystyki przebiegów przyspieszenia Av, Ahs, i Ahc w takcie truchtu.
Charakterystyka biegu krokiem łyżwowym
Lewa
Prawa
Przykładowa charakterystyka graficzna przebiegów przyspieszeń średniego
cyklu biegu techniką 2x1. Początkowa część charakterystyki z ujemnymi
wartości składowej poziomej (Ahc) przyspieszenia dotyczy kroku lewą
nogą, druga część charakterystyki dotyczy kroku prawą nogą.
Charakterystyka biegu krokiem łyżwowym
PRAWA
LEWA
Przykładowa charakterystyka graficzna przebiegów przyspieszeń średniego
kroku biegu techniką 2x1. Grube linie przebiegów dotyczą kroku lewą
nogą a cienkie linie przebiegów dotyczą kroków prawą nogą.
Charakterystyka biegu krokiem łyżwowym
85%
Charakterystyki biegu zawodnika
w wysiłku 85% i MAX
MAX
Charakterystyka biegu krokiem łyżwowym
85%
MAX
Zawodnik A
Zawodnik B
Charakterystyki biegu zawodników A i B w wysiłku 85% i MAX
Charakterystyka biegu krokiem łyżwowym
Charakterystyki biegu z wysiłkiem maksymalnym różnych zawodników.
Charakterystyka biegu krokiem łyżwowym
Średnie wartości charakterystyczne składowej bocznej przebiegu przyspieszenia (Ahc) .
Nazwisko
Wielkość
2
Ahc extr. [m/s ]
Całka z Ahc. [m/s]
Strona
Bieg
A. B.
L
P
A. C.
L
P
W. C.
L
P
M. M.
L
P
P. S.
L
P
M. W.
L
P
A. Z.
L
P
85%
-5,46 5,96 -4,33 6,52 *-7,93 *9,03 -7,88 7,2 -5,38 6,27 -7,12 5,49 -5,55 5,84
MAX
-6,33 6,94 -5,32 7,04 *-8,02 *8,98 -7,56 6,9 -8,00 8,49 -8,27 5,74 -9,52 8,85
85%
-1,69 1,69 -1,58 1,60 *-2,29 *2,29 -2,34 2,34 -1,84 1,85 -1,70 *1,71 -1,88 1,88
MAX
-1,79 1,81 -1,81 1,82 *-2,13 *2,13 -1,96 1,96 -2,41 2,43 -1,86 *1,86 -2,32 2,31
* wartości średnie dla których nie stwierdzono istotnych statystycznie różnic (p<0,05) .
Charakterystyka biegu krokiem łyżwowym
Średnie wartości charakterystyczne składowej pionowej przebiegu przyspieszenia (Av) .
Nazwisko
Strona
Bieg
Wielkość
2
Av max [m/s ]
2
Av min [m/s ]
2
Av amplituda [m/s ]
Całka z Av (+) [m/s]
Całka z Av (-) [m/s]
A. B.
L
P
A. C.
L
P
W. C.
L
P
M. M.
L
P
P. S.
L
M. W.
P
L
P
A. Z.
L
P
85%
3,24 4,36 2,54 5,50
5,32 *7,08 4,47 3,83 3,72 4,47 *6,67 6,31 6,10 6,05
MAX
6,33 6,18 3,97 5,86
6,12 *7,22 9,07 5,01 5,82 5,55 *6,93 7,24 8,55 8,90
85%
-3,57 -2,93 -2,25 -2,31 -4,33 -2,78 -2,55 -2,26 -3,08 -2,20 -2,80 -4,24 -2,50 -3,47
MAX
-5,40 -4,61 -3,21 -3,18 -5,19 -3,22 -3,01 -4,67 -4,94 -3,54 -3,40 5,08 -3,48 -5,22
85%
6,82 7,29 4,78 7,81
9,66
9,86 7,02 6,10 6,80 6,67 9,47 10,56 8,60 9,51
MAX
11,73 10,8 7,18 9,04 11,31 10,44 12,08 9,68 10,76 9,09 10,33 12,32 12,03 14,12
85%
0,49 0,70 0,25 0,77 *0,50 *1,13 0,66 *0,44 0,52 0,66 0,83 0,70 0,82 0,67
MAX
0,89 1,03 0,41 0,83 *0,53 *1,12 1,22 *0,45 0,87 0,83 0,91 0,78 0,98 0,78
85%
-0,68 -0,52 -0,56 -0,46 *-1,15 *-0,47 -0,55 -0,56 -0,71 0,48 -0,48 -1,06 -0,54 -0,96
MAX
-1,03 -0,89 -0,69 -0,55 *-1,16 *-0,48 -0,40 -1,27 -0,99 -0,71 -0,57 -1,11 -0,64 -1,12
* wartości średnie dla których nie stwierdzono istotnych statystycznie różnic (p<0,05) .
Pchnięcie kulą
AWt
Przebiegi składowych przyspieszenia:
AWt –składowa wzdłuż tułowia
AWr- składowa wzdłuż ręki
AWr
Pchnięcie kulą
AWt
AWr
Przebiegi składowych przyspieszenia:
AWt –składowa wzdłuż tułowia
AWr- składowa wzdłuż ręki
Skoki narciarskie
Start z belki
Odbicie z progu
Lądowanie
Krzywizna
skoczni
Przebiegi składowych przyspieszenia:
Av –wzdłuż podłużnej osi ciała
Ahs- prostopadła do podłużnej osi ciała w płaszczyźnie strzałkowej
Ahc- prostopadła do podłużnej osi ciała w płaszczyżnie bocznej
Av
Ahs
Ahc
Skoki narciarskie
Odbicie z progu
Krzywizna skoczni
Av
Przebiegi składowych przyspieszenia:
Aw- wypadkowa przyspieszenia,
Av –wzdłuż podłużnej osi ciała,
Ahs- prostopadła do podłużnej osi ciała w płaszczyźnie strzałkowej,
Ahc- prostopadła do podłużnej osi ciała w płaszczyźnie bocznej.
Ahs
Ahc
Podsumowanie
•Zaproponowane metody monitorowania treningu lub efektów treningu
dostarczają obiektywnych informacji o poziomie cech siłowoszybkościowych i istotnych elementach indywidualnej techniki ruchu
właściwych dla danej dyscypliny sportu.
•Ciągłe lub okresowe monitorowanie istotnych elementów treningu
umożliwia kontrolę stabilności techniki ruchu w okresach kształtowania
techniki i cech siłowo-szybkościowych zawodnika oraz kontrolę
skuteczności nauczania w długotrwałym procesie szkoleniowym.
•W przypadku kontuzji, charakterystyki techniki ruchu mogą być
przydatne w procesie przywracania pierwotnej dyspozycji ruchowej
zawodnika.
Piśmiennictwo
1. Auvinet B., G. Berrut, C. Touzard, L. Moutel, N. Collet, D. Chaleil, E. Barrey [2002] Reference
data for normal subjects obtained with an accelerometric device. Gait and Posture (16): 124–
134.
2. Bartosiewicz G., Eliasz J., Viitasalo J., Wit A. [1992]: Pomiary mocy kończyn dolnych i tułowia
oraz wysokości uniesienia środka masy ciała podczas wyskoku pionowego. W: Biomechaniczna
ocena układu ruchu sportowca (Wit A., red.). Instytut Sportu, Warszawa, 75-92.
3. Bartosiewicz G., A.Wit [1985]: Skoczność czy moc. Sport wyczynowy. Nr 6:7-14.
4. van der Bogert A.L. Read, B.M. Nigg [1996]: A method for inverse dynamic analyses using
accelerometry. Journal of Biomechanics, Vol. 29, No 7, pp: 949-954.
5. Bober T. [1985]: Biomechanika chodu i biegu. AWF, Wrocław.
6. Brizuela G., S. Llana, R. Ferrandis A.C. Garcia-Belenguer [1997]: The influence of basketball
shoes with increased ankle support on shock attenuation and performance in running and
jumping. Journal of .Sports Science. Oct; 15(5): 505-15.
7. Buśko K. [2006]: Analiza wpływu programów treningu o różnej strukturze intensywności na
siłę i moc maksymalną mięśni kończyn dolnych człowieka. Studia i Monografie nr 109,
Wydawnictwo AWF, Warszawa, s. 1-146.
8. Buśko K. [1988]: An attempt at the evaluation of the lower extremities power during a vertical
jump on a dynamometric platform. Biology of Sport, 5: 219-225.
9. Ernst K. [1992]:Fizyka sportu. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
10. Erdman W. [2003]: Metody obrazowe badania techniki ruchu w sporcie. Zagadnienia
biomechaniki sportu- technika ruchu. Pod redakcją Czesława Urbanika, AWF, Warszawa :1938.
Piśmiennictwo
11. Hill1 H., S. Fahrig (2009): The impact of fluctuations in boat velocity during the rowing cycle
on race time. Scand J Med Sci Sports: 19: 585–594.
12. Kavanagh JJ., S. Morrison, D.A. James, R. Barrett [2006]: Reliability of segmental
accelerations measured using a new wireless gait analysis system. Journal of Biomechanics,
Oct 39(15):2863-72;
13. Kleshnev V. (2000) Power in rowing. Procedings of XVIII International Symposium on
Biomechanics in Sport. Hong Kong. Vol. I., pp:662665.
14. KOMOR, A., R. UKLANSKI, J. WOLF. (1988). An interactive simulation of rower-boat system
dynamics. (Eine interaktive Simulation der Dynamik des Systems Ruderer-Boot.) Biol. of Sport,
(5), Suppl. 1, S. 109-117.
15. Kyrolainen H, Smith RM (1999) Mechanical power output and muscle activities during
maximal rowing with different stroke rates. Journal of Human Movement Studies. 36, 75-93.
16. Mattes K. [2007]. Rudertechnik. In: Altenburg D, Mattes K, Steinacker JM (eds). Handbuch
Rennrudern. Wiebelsheim: Limpert Verlag,; 53-108.
17. Mattes K., N. Schaffert [2010]: New Measuring and on water coaching device for rowing.
Journal of Human Sport & Exercise Vol.V No II :226-239.
18. Mayagoita R.E., A.V. Nene, P.H. Veltink [2002]: Accelerometer and rate gyroscope
measurement of kinematics: an inexpensive alternative to optical motion analysis systems. .
Journal of Biomechanics, Vol. 35, No 4, pp: 537-542.
19. Mononen H. V.,. Viitasalo J. T [1995]: Stroke parameters and kayak speed during 200 m
kayaking. Book of Abstracts, Congress of the ISB, University of Jyväskylä, July 2-6, 1995, 632633.
Piśmiennictwo c.d.
20. Smith RM, Spinks WL (1998) A system for the biomechanical assessment of rowing
performance (ROWSYS). Journal of Human Movement Studies. 34, 141-157.
21. Sperlich J., Baker J. [2002]: Bimechanical testing in elite canoeing. ISBS, CaceresExtremadura-Spain:44-47.
22. Staniak Z., Karpiłowski B., Nosarzewski Z. [1997]: Metody analizy różnych typów wyskoków na
platformie dynamometrycznej. Biology of Sport, 14 (Suppl. 7): 133-138.
23. Staniak Z., Z. Nosarzewski, B. Karpiłowski [1993]: Mikrokomputerowy system do pomiaru siły
wiosłowania na kajaku. Sport Wyczynowy , nr 5-6, str. 29-39.
24. Staniak Z., Nosarzewski Z., Karpiłowski B., Sitkowski D. [1999]: Analisis of canoe boat
acceleration. Biology of Sport, Vol. 16 Nr 4, 267-272.
25. Staniak Z. [2003]. Pomiary i analiza charakterystyk techniki wiosłowania. [w:] Wioślarstwo.
Pod red. Mariana Henniga. PZTW. ISBN 83-86622-72-5. str:94-105.
26. Staniak Z., A. Klusiewicz, B. Karpiłowski , Z.Nosarzewski, [2009]: Metoda pomiaru i analizy
trójosiowych przebiegów przyspieszenia lędźwiowego odcinka tułowia narciarzy w biegu
krokiem łyżwowym. Biomechanika Sportu i Rehabilitacji. Wybrane zagadnienia, red. C.
Urbanik i A. Mastalerz. ISBN 978-83-61830-16-0. str. 201-213.
27. Staszkiewicz R., T.Ruchlewicz, M.Ozimek [2003]: Zmiany parametrów biomechanicznych biegu
o wzrastającej prędkości u zawodniczek uprawiających biegi na średnich dystansach.
Zagadnienia biomechaniki sportu- technika ruchu. Pod redakcją Czesława Urbanika, AWF,
Warszawa :134-141.
28. Ruchlewicz T., R. Staszkiewicz, L. Nosiadek [1999]: Zmiany wybranych parametrów biegu w
zależności od prędkości. Acta of Bioengineering and Biomechanics, vol. 1, suppl. 1:387-390.
Dziękuję za uwagę ......