3D  Kinematisk  analyse  av  skiskøyting  på  tredemølle  Lab  4  –  IBI312  Idrettsbiomekanikk  og  metoder  

Stavros  Litsos                                                                                                                                              Norges  Idrettshøgskole                                                                                                                    

B.Sc  Idrettitenskap  -­‐  Idrettsbiologi  

2013

Innholdsfortegnelse  

Introduksjon   3  Material  og  metode   3  Spørsmål,  Svar  og  Diskusjon:   4  Referanseliste   8  

 

 

Introduksjon   Hensikten med denne oppgaven er å utføre en 3D kinematisk analyse for skiskøyting ved bruk av padleteknikk på tredemølle, for å se på forskjellen mellom god hengside og dårlig hengside. Allerede eksisterende datamaterial fra en forsøksperson (FP) med god padleteknikk vil anvendes som et referansepunkt med sikte på å analysere FP som deltok i vårt forsøk. Matlab vil benyttes til databehandling for å plotte inn grafer og sette dem opp mot vårt referansepunkt.

Material  og  metode   FP stilte opp i korte bokser og 26 markører ble festet på følgende segmenter: På bekken og bein: spina iliaca anerior superior, - trochanter, - lår, - kne, - legg og – ankel for henholdsvis venstre og høyre side. På ski og staver: binding, - bak på ski, - fremme og oppe på ski, - oppe på stav,- nede på stav for henholdsvis høyre og venstre ski. [1] Det ble brukt en tredemølle til skiskøyting, Oqus kamera til videopptak og en tredemølle-software lagt av Bjarne Rud, førsteamanuensis på seksjon for fysisk prestasjonsevne på Norges Idrettshøgskole (NIH), til å styre tredemølla. FP skøyter på en belasting hvor padling er gusting, og et opptak med padling mot god og dårlig hengside ble gjennomført.

Spørsmål,  Svar  og  Diskusjon:  

Figur 2 (a,b)

rotasjon bekkenrotasjon skulderrotasjon bekken hengsiderotasjon skulder hengsiderotasjon bekken frisiderotasjon skulder friside

maks min diff travel isett forlater diff24.918.7

−14.7−5.9

39.724.6

76.148.8

20.917.5−13.2−6.4

−6.9−2.615.712.9

−27.8−20.128.919.3

1 2 3 4 5 6−0.5

0

0.5

1

a) s1 (sort), hengski (rød), friski (blå) og strekfigur sett ovenifra, bekken (sort), skulder (magentarød)

dist

anse

sid

evei

s (m

)

distanse i fartsretningen (m)

6 6.5 7 7.5 8 8.5 9−30

−20

−10

0

10

20

30b) rotasjon bekken (sort) og skulder (magentarød) om lengdeaksen

vink

el (g

rade

r)

tid (s)Figur a) viser s1´s (sort) og midt ski´s bevegelse sett ovenifra, strekfiguren er sett i samme plan (xy)ved isett av ski. Figur b) viser rotasjon om lengdeaksen for bekken (sort) og skulder (magentarød),

markeringer for isett/forlater stav (stiplet linje) og isett/forlater ski (hel linje), rød = hengside, blå = friside.

Figur 3: Oversikt over FP sett skrått forfra og skrått bakfra

Figur 4 (a,b)

−0.50

0.51

1.5 −0.50

0.51

1.5

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

y(m)

SF 25 5 vh Skrått forfra

x(m)

z(m

)

−0.50

0.51

1.5

−0.50

0.51

1.5

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

x(m)

SF 25 5 vh Skrått forfra

y(m)

z(m

)rotasjon bekkenrotasjon skulderrotasjon bekken hengsiderotasjon skulder hengsiderotasjon bekken frisiderotasjon skulder friside

maks min diff travel isett forlater diff30.214.4

−19.6−18.8

49.833.1

107.065.8

−14.1−14.813.113.6

7.57.84.4−7.2

21.622.6−8.7−20.8

1 2 3 4 5 6−0.5

0

0.5

1

a) s1 (sort), hengski (rød), friski (blå) og strekfigur sett ovenifra, bekken (sort), skulder (magentarød)

dist

anse

sid

evei

s (m

)

distanse i fartsretningen (m)

4 4.5 5 5.5 6 6.5−30

−20

−10

0

10

20

30b) rotasjon bekken (sort) og skulder (magentarød) om lengdeaksen

vink

el (g

rade

r)

tid (s)Figur a) viser s1´s (sort) og midt ski´s bevegelse sett ovenifra, strekfiguren er sett i samme plan (xy)ved isett av ski. Figur b) viser rotasjon om lengdeaksen for bekken (sort) og skulder (magentarød),

markeringer for isett/forlater stav (stiplet linje) og isett/forlater ski (hel linje), rød = hengside, blå = friside.

Figur 5: Oversikt over FP sett skrått forfra og skrått bakfra.

1) Hva er hovedforskjellene på 2D og 3D kinematiske analyser? Beskriv det som i 3D kinematikk kalles lokale koordinatsystemer.

For å kunne være i stand til å beskrive segmentets posisjon i rommet, er vi avhengige av å bruke et koordinat system, kalt for Det Kartesianske Koordinat Systemet. Innenfor det kartesianske koordinat systemet, bruker man et eller flere referansepunkter. Et av dem, kalt for inertial, er ”Newtonian Frame of referance”, eller bedre kjent som det Globale Koordinat Systemet (GCS). [2] Forskjellen mellom 2D Kinematikk, kalt for planar analysis, og 3D Kinematikk, kalt for spatial analysis, ligger i referansepunktene som anvendes. I 2D Kinematikk finnes det 2 koordinater, en x og en y (0,0), som vil henholdsvis gjenspeile lengde og høyde . I 3D Kinematikk derimot, finnes det 3, en x,y og z (0,0,0), som vil henholdsvis gjenspeile lende, høyde og dybde. [2][3]

2D 3D

Figur 6:Oversikt over 2D og 3D Kinematikk [4]

−0.50

0.51

1.5 −0.50

0.51

1.5

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

y(m)

SF 25 5 hh 2 Skrått forfra

x(m)

z(m

)

−0.50

0.51

1.5

−0.50

0.51

1.5

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

x(m)

SF 25 5 hh 2 Skrått forfra

y(m)

z(m

)

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−

=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡ −

=

)cos()sin(0)sin()cos(0

001)(

)cos(0)sin(010)sin(0)cos(

)(

1000)cos()sin(0)sin()cos(

)(

θθθθθ

θθ

θθθ

θθθθ

θ

x

y

z

R

R

R

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −=

)cos()sin()sin()cos(

)(θθ

θθθR

Det vil være mer hensiktsmessig å bruke 3D kinematikk for å beskrive bevegelser som skjer i flere plan og gi oss et godt bilde av kroppen i rommet enne 2D kinematikk, som anvendes som regel for å beskrive begavelser som skjer i et plan. Lokal koordinat system betraktes som et sekundært koordinat system og er definert på grunnlag av et ledd. Dette systemet har til hensikt å gi et oversiktlig bildet av bevegelsen som foregår på lokalnivå og vil komme til utrykk via grader i fleksjon/ekstensjon, abduksjon/adduksjon, innover/utover rotasjon på bakgrunn av anatomisk utgangsstilling. Dette uavhengig av hvor kroppen befinner seg i rommet. Tilbake til oppgaven, vil dette gi et godt grunnlag for teknikkbeskrivelse ved å se på de ulike fasene som trer inn, samsvaret mellom rotasjon i bekkenet sett i forhold til skulderen, kroppens stilling ved fraspark og skias, samt stavenes posisjon når bevegelsen igangsettes. 2) Sammenlign rotasjonen rundt lengdeaksen i bekken og skulder (øvre del av rygg) for ”god” og ”dårlig” hengside for deres FP. Sammenlign deres FP med forsøkspersonene beskrevet på sidene 17,18, 24 og 8 i ”Beskrivelse metode for teknikk analyser på tredemølle ved lab”. Diskuter eventuelle forskjeller. På bakgrunn av figur 4(b), sammenlignet med figur 2(b), ser vi at i figur 4b, er det et symetrisk forhold mellom rotasjon om lengdeaksen for bekken og skulder ved god hengside. Dette ser ut til å stemme i overens med vår referanse FP vist i Figur 8D [1]. En god padleteknikk er karakterisert av at aksen gjennom skulderleddene følger aksen gjennom hofteleddene. Det innebærer at aksen gjennom hofteleddene ligger på tvers av hengskia I starten av stavtaket og på tvers av friskia I avslutningen av stavtaket (ibid). En riktig gjennomføring av teknikken vil dermed føre til en god tyngdeoverføring og lengre arbeidsvei for armer og bein (ibid). Differansen for skulder og bekken ligger på henholdsvis 49,8 og 33,1 for god hengside, mens for dårlig hengside ligger den på 39,7 og 24,6. Vår referanse FP på side 24 (ibid) har kommet opp i 40 og 35,7 for henholdsvis rotasjon i bekken og rotasjon i skulder. Jo større differansen, dess større rotasjon vil det ta sted, og dermed en økt kraftutvikling mot den vektoren man skal. I figur 4(b) ser vi at FP dreier i både hofte og skulder, noe som også er tilfelle i figur 8D (ibid), mens figur 2(b), ser vi at FP dreier veldig lite i både hofte og skulder. I figur 4a: magentarød skulder i forhold til sort bekken, kan man se at FP er veldig foroverlent (stor avstand mellom skulder og bekken) ved isett av skia mens veldig rett opp-ned rett før han skal sette i den andre skia (friskia eller høyreski med tanke på den grafen). Det er av stor betydning at fraskyvet med beina starter umiddelbart etter isett for at utøveren ikke blir stående og beholder en stor vinkel i hofte- og kneleddet under skyvet, sånn som det er illustrert i fra vår referanse-FP (ibid). Dette vil gi dårlige betingelser for strekkmuskulætur og økt energiomsetning (ibid). Dessuten vil det føre til redusert kraftutvikling, grunnet statisk muskelbruk, samt tap av muskelkraft ved isettstart .

Sist, men ikke minst er det viktig å se på tyngdepunktets plassering i forhold til støtteflaten. På bakgrunn av figur 4a, kan vi se at tyngdepunktet er foran ankelleddet, som illustrerer den gode hengsiden, i motsetning til figur 2(b), noe som ser ut til å stemme i overens med vår referanse-FP på side 20 (ibid). Riktig og optimal padleteknikk vil betraktes den som er karakterisert av at tyngdepunktet ligger foran ankelleddet, og samtidig vil den ligge på innsiden av skia ved isett (ibid). Dette er veldig godt illustrert på side 20. Å beholde tyngdepunktet foran ankelleddet ved isettstart vil gi opphav til at fraskyvet med beina starter rett etter isett, og fraskyvet vil gi kraft langs den vektoren man skal (ibid).

Referanseliste  

[1] “Beskrivelse av teknikk analyser i padling og dobbeldans på tredemølle ved lab. for bevegelsesanalyse på Norges Idrettshøgskole.” Oslo, Norway.

[2] D. G. E. Robertson, Research Methods in Biomechanics. Human Kinetics 1, 2004, p. 309.

[3] Dennis Brandborg Nielsen Marika Daugaard, “Comparison of angular measurements by 2D and 3D gait analysis,” School of health sciences, Jönköping University.

[4] E. Whitman, “3D Kinematics.” [Online]. Available: http://www.google.no/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CDQQFjAA&url=http://www.cs.cmu.edu/~cga/kdc-10/ewhitman1.pptx&ei=atFAUdi0I8XotQb4zIDICQ&usg=AFQjCNGJrqCayz6aus_Nmz6x181ztAzLpg&bvm=bv.43287494,d.Yms.