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作的拮抗關(guān)系研究

摘要：基于借力單杠雙力臂動作中的身體姿勢變化設(shè)計(jì)其拮抗訓(xùn)練動作——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)與慣性測量單元采集借力單杠雙力臂動作和杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動作的運(yùn)動生物力學(xué)數(shù)據(jù)，使用一維統(tǒng)計(jì)參數(shù)映射（SPM1D）和動態(tài)時間規(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：兩個動作在肩關(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，兩個動作的動力學(xué)數(shù)據(jù)擬合度最佳；當(dāng)杠鈴重量低于60%1RM時，兩個動作的關(guān)節(jié)運(yùn)動的拮抗關(guān)系更加顯著。研究認(rèn)為：杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動作與借力單杠雙力臂動作存在拮抗關(guān)系，可用其來優(yōu)化借力單杠雙力臂動作的訓(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，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作技巧時，則可用低于60%1RM的杠鈴配重。關(guān)鍵詞：運(yùn)動生物力學(xué)；拮抗動作；運(yùn)動訓(xùn)練；杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉；借力單杠雙力臂動作；機(jī)器學(xué)習(xí)算法在運(yùn)動科學(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)動的基礎(chǔ)動作，在體操訓(xùn)練中占據(jù)核心地位[1]。同時，該動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，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，借力單杠雙力臂動作在提升運(yùn)動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)練價值，已被多種運(yùn)動項(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力臂動作涉及復(fù)雜的上肢和軀干關(guān)節(jié)運(yùn)動及協(xié)調(diào)，因此，除體操項(xiàng)目外，借力單杠雙力臂動作在其他運(yùn)動項(xiàng)目的專項(xiàng)體能訓(xùn)練中，屬于訓(xùn)練難度較高的動作之一[3]。對于訓(xùn)練者而言，掌握這一動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)動作技術(shù)。所以，雖然借力單杠雙力臂動作擁有較高的訓(xùn)練價值，但在掌握該動作之前，訓(xùn)練者不得不冒著受傷的風(fēng)險，消耗大量的時間和精力去掌握該動作，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，旨在針對某個訓(xùn)練動作所涉及肌肉（群），選擇某個特定的拮抗動作，對運(yùn)動功能互為拮抗關(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)動表現(xiàn)，預(yù)防運(yùn)動損傷[5]。拮抗訓(xùn)練涉及兩個主要方面：其一是所采用的動作所涉及的肌肉（群）必須與原動作所涉及的肌肉（群）之間存在明確的運(yùn)動功能上的拮抗關(guān)系，確保這兩組肌肉在運(yùn)動過程中產(chǎn)生相對的活動模式；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)動表現(xiàn)，而且在促進(jìn)肌肉之間的平衡、提高整體運(yùn)動效率方面有顯著效果，對于減少由肌肉不平衡導(dǎo)致的運(yùn)動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作，主要針對單關(guān)節(jié)或雙關(guān)節(jié)動作。其中，單關(guān)節(jié)動作的拮抗動作選擇常基于肌肉（群）的運(yùn)動解剖學(xué)特征，如站姿杠鈴肱二頭肌彎舉的拮抗動作常選用站姿繩索下拉，坐姿膝伸展的拮抗動作常選用俯臥屈膝。而雙關(guān)節(jié)動作的拮抗動作的選擇?；趧幼鲗ν獠控?fù)荷的作用效果，如臥推（即仰臥水平推，訓(xùn)練者以仰臥姿勢將外部負(fù)荷在水平方向上推離身體，動作成分為肩關(guān)節(jié)水平內(nèi)收結(jié)合肘關(guān)節(jié)伸展）的拮抗動作常采用俯身杠鈴劃船（即俯身水平拉，以俯身姿勢將外部負(fù)荷在水平方向上拉近身體，動作成分為肩關(guān)節(jié)水平外展結(jié)合肘關(guān)節(jié)屈曲）。然而，由于復(fù)合動作的運(yùn)動生物力學(xué)特征較為復(fù)雜，目前針對多關(guān)節(jié)復(fù)合動作的拮抗訓(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)合動作更多更復(fù)雜。所以，借力單杠雙力臂動作拮抗訓(xùn)練動作，僅僅依靠簡單借鑒單關(guān)節(jié)和雙關(guān)節(jié)動作的拮抗訓(xùn)練動作設(shè)計(jì)方法是不夠的。本研究基于“身體姿勢”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)合動作過程中的身體姿勢的變化，起源于人體運(yùn)動控制理論中的程序控制理論，即運(yùn)動由中樞神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動程序控制，包含執(zhí)行特定運(yùn)動所需的動作指令，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)力抓舉動作的過程中，單杠和杠鈴相對于人體的運(yùn)動軌跡相反——借力單杠雙力臂動作過程中，單杠相對于人體從過頂位轉(zhuǎn)換到髖部，而在杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動作中，杠鈴桿從髖部（即預(yù)蹲位）轉(zhuǎn)換到過頂位[10-11]。基于這一發(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作存在拮抗關(guān)系，旨在通過運(yùn)動生物力學(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)和受測者招募招募10名綜合體能訓(xùn)練愛好者作為受測者，招募期為2周，受測者系自愿報名，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)動損傷史和臨床高強(qiáng)度運(yùn)動禁忌；（3）已熟練掌握借力單杠雙力臂和杠鈴實(shí)力抓舉動作；（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)動損傷史或高強(qiáng)度運(yùn)動禁忌；（3）測試前48h存在飲酒、熬夜等容易誘發(fā)運(yùn)動中不良事件的風(fēng)險因素；（4）存在焦慮、躁郁、抑郁等心理健康問題。受測者報名后須填寫相關(guān)登記表以記錄其基礎(chǔ)信息。受測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測試。最終，共有12名綜合體能訓(xùn)練愛好者報名參與測試，最終8名符合要求的男性受測者參與測試，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整體測試所有受測者均被詳細(xì)告知測試方案，并簽署知情同意書，測試方案由寧波大學(xué)體育學(xué)院倫理委員會審查批準(zhǔn)（編號：20240058）。整體測試流程包含6個測試日，每2個測試日之間安排2日休息。每個測試日中，受測者須完成5組、每組3次的測試動作，每個測試日只進(jìn)行1種動作的測試。測試動作順序?yàn)椋海?）借力單杠雙力臂（采用國際體操聯(lián)合會標(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。測試過程中允許受測者使用握力帶、腰帶以及其他運(yùn)動護(hù)具，其中杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉的測試采用國際舉重聯(lián)合會規(guī)定的奧林匹克舉重專用杠鈴和杠鈴片，受測者須穿著專業(yè)舉重鞋在舉重臺上完成測試。1.3測試流程測試流程包括熱身、主測試、冷身和放松整理4個步驟。（1）熱身：受測者在測試前先進(jìn)行5min的功率自行車騎行，之后進(jìn)行5min全身動態(tài)拉伸。其間測試人員利用6～20分Borg自覺疲勞量表控制受測者的自覺疲勞程度，熱身強(qiáng)度保持在量表分8～10分的范圍[12]。（2）主測試：受測者以自覺舒適的熱身方案，進(jìn)行2～3組熱身。待受測者向測試人員表示可以進(jìn)行正式測試后，進(jìn)行5組、每組3次的測試，組間休息為3min。（3）冷身：受測者進(jìn)行5min的功率自行車騎行，強(qiáng)度以受測者感到舒適為準(zhǔn)。（4）放松整理：受測者可自主選擇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)力抓舉時的運(yùn)動生物力學(xué)數(shù)據(jù)。（1）運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)，包括借力單杠雙力臂動作過程中的人體質(zhì)心（COM）垂直方向上的位移和速度、杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動作過程中杠鈴垂直方向上的位移和速度，以及所有測試動作中人體肩關(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）動力學(xué)數(shù)據(jù)，包括每位受測者杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉的1RM，以及正式測試中的杠鈴重量、受測者輸出力量、輸出功率和對外做功。其中，人體關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)由Xsens慣性運(yùn)動捕捉系統(tǒng)（XsensTechnologies公司，荷蘭）采集[13-14]，人體COM的運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)、杠鈴的運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)、受測者輸出力量、輸出功率和對外做功由Gymaware力量功率測試系統(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)力抓舉過程的時間、杠鈴位移、相對總做功，杠鈴速度、相對輸出功率、相對輸出力量均值和峰值，執(zhí)行借力單杠雙力臂動作過程的時間、身體COM位移、相對總做功，身體COM速度、相對輸出功率、相對輸出力量均值和峰值之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。同時，為了探究兩個動作中人體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作中，人體COM和杠鈴在垂直方向上的運(yùn)動學(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)動學(xué)數(shù)據(jù)方面具有顯著優(yōu)勢。具體而言，SPM1D允許全面地分析運(yùn)動過程中的整個時間序列，而不僅限于有限的離散時間點(diǎn)。該優(yōu)勢對于本研究至關(guān)重要，因?yàn)槎嚓P(guān)節(jié)復(fù)合動作涉及連續(xù)、復(fù)雜的身體運(yùn)動，其中運(yùn)動學(xué)參數(shù)在整個動作執(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)，兩個動作若存在拮抗關(guān)系，其關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)的變化趨勢應(yīng)該呈現(xiàn)反向匹配的特征，即杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動作中某關(guān)節(jié)在某個自由度上的運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)經(jīng)首尾倒置后，與借力單杠雙力臂動作中該關(guān)節(jié)在該自由度上的運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)變化趨勢一致。此外，在運(yùn)動科學(xué)研究中，即使是相同的動作，不同個體執(zhí)行時的節(jié)奏和速度往往存在差異，直接比較這些時間序列可能會忽略掉這種非同步性帶來的影響。在本研究中，絕對負(fù)荷的不同和受測者之間運(yùn)動能力的個體差異會導(dǎo)致動作完成時間的差異，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作中肩關(guān)節(jié)（3個自由度：屈曲或伸展、內(nèi)收或外展、內(nèi)旋或外旋）和肘關(guān)節(jié)（2個自由度：屈曲或伸展、內(nèi)旋或外旋）位對照，采用動態(tài)時間規(guī)整（DTW）算法，和首尾轉(zhuǎn)置前后杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動作中對應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行時序特征對比，通過計(jì)算數(shù)據(jù)序列之間的DTW距離，探究兩個動作中肩關(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時間序列數(shù)據(jù)之間的差異。由于本研究所采集的時間序列上的運(yùn)動學(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)序列的第個數(shù)據(jù)值與數(shù)據(jù)序列的第個數(shù)據(jù)值之間的歐式距離。在求解每一個（）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體之間動作執(zhí)行速度差異導(dǎo)致的時間序列對齊問題，DTW算法通過動態(tài)調(diào)整時間序列，使得兩個序列在時間軸上進(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動作的相應(yīng)關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)時，時間序列之間的相對位置和變化趨勢得到正確對齊，增強(qiáng)了對關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)分析的時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)動學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)使用不同重量的杠鈴執(zhí)行高懸垂位實(shí)力抓舉動作和完成借力單杠雙力臂動作時杠鈴和身體COM的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)（包括動作耗時、位移、速度、輸出功率及相對力量的峰值和均值）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)力抓舉動作和借力單杠雙力臂動作中杠鈴和身體COM的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，會受到杠鈴配重的影響。數(shù)據(jù)表明，杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉的動作耗時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，人體對杠鈴輸出的功率峰值以及人體對杠鈴施加的相對力量，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)力抓舉動作耗時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作完成時間內(nèi)，杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動作中杠鈴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以及最高的相對輸出力量（14.84±2.86）N·kg-1，并且和借力單杠雙力臂動作中的相應(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)力抓舉動作和完成借力單杠雙力臂動作時杠鈴和身體COM的運(yùn)動學(xué)和動力學(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)力抓舉動作過程中，杠鈴的速度以及身體對杠鈴所輸出的功率，在一維時間序列上和借力單杠雙力臂借力單杠雙力臂動作過程中的相應(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)力抓舉動作過程中存在細(xì)微差異，且差異階段所占動作周期的百分比遠(yuǎn)小于5%）。2.2關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)使用不同重量的杠鈴執(zhí)行高懸垂位實(shí)力抓舉動作和完成借力單杠雙力臂動作時肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)在整個動作周期內(nèi)的描述統(tǒng)計(jì)如表2所示。結(jié)果表明，肩關(guān)節(jié)活動范圍方面，單杠雙力臂動作最高，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)活動范圍方面，40kg配重杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動作與單杠雙力臂動作在水平面和整體運(yùn)動范圍上最為接近，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)力抓舉動作和完成借力單杠雙力臂動作時肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)運(yùn)動學(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)報告了通過動態(tài)時間規(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)力抓舉動作和完成借力單杠雙力臂動作時，肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)的DTW距離。結(jié)果表明，30kg杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動作過程中，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)動學(xué)數(shù)據(jù)經(jīng)過首尾轉(zhuǎn)置后，和借力單杠雙力臂動作中對應(yīng)關(guān)節(jié)在該自由度上運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)的DTW距離大幅減小（減小8396.85，減小幅度63.18%）。3討論本研究通過運(yùn)動生物力學(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，實(shí)現(xiàn)3個自由度上復(fù)雜活動，其聯(lián)合肘關(guān)節(jié)的內(nèi)旋外旋和屈伸，貢獻(xiàn)了人體上肢大動作的重要成分[18-19]。肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)運(yùn)動學(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)動控制時的復(fù)雜協(xié)調(diào)。單杠雙力臂動作的“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?。ㄖ怅P(guān)節(jié)屈肌）儲存彈性勢能，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)力抓舉動作的“提鈴”階段，肩關(guān)節(jié)快速外展、屈曲和外旋，同時肘關(guān)節(jié)快速屈曲，肱三頭?。ㄖ怅P(guān)節(jié)伸展肌群）在該過程中儲存彈性勢能，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)雜動作時的動態(tài)平衡和力量分配，確保了關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和運(yùn)動效率[20-22]。因此，單杠雙力臂和杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動作在肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)上所存在的拮抗關(guān)系，在運(yùn)動生物力學(xué)和運(yùn)動解剖學(xué)視角下是合理的。本研究發(fā)現(xiàn)，動力學(xué)方面，針對單杠雙力臂動作，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輸出力量，并且和借力單杠雙力臂動作中的相應(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杠鈴所輸出的相對力量與單杠雙力臂動作最接近。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]。對于杠鈴高懸垂位實(shí)力抓舉動作，40kg的負(fù)荷為運(yùn)動者提供了足夠的阻力來增強(qiáng)肌肉力量和爆發(fā)力，同時保持較高的運(yùn)動速度，這對于提升運(yùn)動表現(xiàn)至關(guān)重要。這一點(diǎn)通過生物力學(xué)的分析得