步态分析(一)
康复医学概论10-步态分析
3、骨关节损伤的病理步态
Ⅰ、短腿步态
短腿步态由于运动损伤、骨关节疾病、先天 畸形、截肢、手术等造成的躯干、骨盆、髋、 膝、踝、足静态畸以上者，该腿着地时同侧 骨盆下降，引起同侧肩倾斜下沉，对侧摆动腿 髋、膝过度屈曲、踝背伸加大，出现斜肩步 如缩短超过4cm，则步态特点可改变为患肢 用足尖着地以代偿
②承重反应 指足跟着地后至足底与地面全面接触瞬 间的一段时间，即一侧足跟着地后至对侧 下肢足趾离地时，是重心由足跟转移至足 底的过程 由于此时双足均在地面，故称之为双支 撑相，双支撑相的时间与步行速度成反比 跑步时双支撑相消失，表现为双足腾空
③支撑相中期 指从对侧下肢离地至躯干位于该侧（支撑） 腿正上方时，为单腿支撑期，此时重心位于 支撑面正上方 ④支撑相末期 为单腿支撑期，指从支撑腿足跟离地时到 对侧下肢足跟着地 ⑤摆动前期 指从对侧下肢足跟着地到支撑腿足趾离地 之前的一段时间，为第二个双支撑期
Ⅱ、脑瘫步态
痉挛型脑瘫患者常见小腿肌肉痉挛导 致足下垂和足外翻或足内翻、髋关节内 收肌痉挛导致摆动相膝关节屈曲、足偏 向内侧等，行走时双膝内侧常互相摩擦 碰撞，足尖着地，步态不稳，呈剪刀步 或交叉步，交叉严重可使步行困难 共济失调型脑瘫患者由于肌肉张力的 不稳定，步行时通常通过增加足间距来 增加支撑相稳定性，通过增加步频来控 制躯干的前后稳定性，通过上身和上肢 摆动的协助，来保持步行时的平衡, 因 此在整体上表现为快速而不稳定的步态， 类似于醉汉的行走姿态
2、定量分析法
步态的定量分析是评定者借助器械或专 门设备对步态进行运动学和动力学的分析
（1）运动学分析
运动学分析是对患者步行时肢体运动的 时空参数和关节运动模式等进行分析判断 的方法
Ⅰ、足印法
是步态分析最早期和简易的方法之一 检测时在患者足底涂上墨汁，在步行通道铺 上白纸，患者走过白纸，留下足迹，通过测量 便可以得到相关数据 也可以在黑色通道上均匀撒上白色粉末，让 患者赤足通过通道，留下足迹 步行同时用秒表记录时间 目前临床使用较少
步态分析
· ¹ Ö × ¬ Ê Î ´ Å ¬× µ © Ç Å ½ Æ Õ Å ¬× µ ¨ È á ¬¬ µ Å ¬× µ á ¬Ä Å ô º × µ æ à ý ¸ È ¶ Å õ ü Ç ý ¸ È ¶ ³ ªü Ç Ú Ä ª « à Í ª « á ¬ú · ë À × µ Þ Î á ¬ú · ë À × µ á ¬¹ Ö ò º © Ç Å ½ Æ Õ Ï Í × µ Ô ¶ ² © Ç Å ½ Æ Õ Ú õ ð Æ ý ¸ È ¶ ì É ¸ Õ ¨ £ Ï É Ì Ç ¦ £ ì É ¸ Õ º ² â ³ Ö « ý ¸ È ¶ ü Ç ú Ç Ð ³ × Ö ´ «¥ Ó
站立时的生物力学
踝关节的背屈力矩被
踝跖屈肌力矩相对抗
安静时需不停活动的
下肢肌肉是踝跖屈肌
双脚站立时，足底力的分布
重心指所有重力集中
于此的一个假设点 正常人体处于解剖位 时在S2前面 重心的垂直位移比水 平位移更影响能效
步行是平滑、毫不费力的移动
正常人群，步行速度80米/
步态分析
菏泽家政职业学院
一
正常步态
步行周期
指行走过程中一侧足跟着地至该侧足跟再次着地的过程
站立相 (stance phase)
步行周期中从足跟着地到足趾离地
的过程。约占60%GC。其中包含 两个双支撑期和一个单支撑期。
步行周期
双支撑
（double support）
行走中双脚与地面同时接触的时 期。以秒为计时单位，或步行周期 百分比表示（各占10%GC，共20% GC）。
踝关节：15°跖屈-10°背屈
足跟离地（站立末期）
骨盆 ：5°后旋 髋关节：0°- 10°过伸展 膝关节：0° 踝关节：10°背屈-0° 趾关节：0°- 10°过伸展
步态分析 (1)
5
阶段，指足跟或足底 的其他部位第一次与地面接触的瞬间。
•
•
发生在步行周期的0-10%
此阶段为第一个双支撑期。
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阶段2负荷反应期
• 即首次触地之后重心由足跟向全足转移 的过程。此时，支撑腿在支撑相过程中 膝关节达到最大屈曲角度15°的时期， 标志着支撑腿有效地承受了体重。此时 人体重心位臵处于行走时的最低点。 • 足跟着地与前脚掌着地同时发生时，则 足放平时间等于足跟着地时间。 • 若有足下垂、足内翻、足外翻等，足跟 不能着地，会造成支撑相异常。
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阶段5迈步前期
• 指支撑腿足趾离地之前的一段时间。
• 此阶段体重向对侧下肢转移，对侧下肢足 跟着地，为第二个双支撑期，约为步行周 期的50%-60% 。
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阶段6迈步初期
• 从支撑腿离地至该腿膝关节达到最大屈曲， 主要的动作为足廓清(clearance)和屈髋带动 屈膝，加速肢体前向摆动，发生在步行周 期的60%~70%。 • 此阶段主要目的是使足底离开地面以确保 下肢向前摆动时足趾不为地面所绊
阶段3站立中期
• 指支撑相中间阶段的时间。此时支撑足全 部着地，对侧足处于摆动相，是唯一单足 支撑全部重力的时相，正常步速时发生在 步行周期的15%~40%。 • 此时重心位于支撑面正上方
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阶段4站立末期
• 指下肢主动加速蹬离的时间，开始于足跟抬起， 结束于足趾离地，约为步行周期的40%~50%
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三、常见异常步态
• 常见步态异常现象 • 外周神经损伤导致的异常步态 • 中枢神经疾病常见的异常步态
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（一）常见步态异常现象
• 1、足内翻：上运动神经元受损，常合并足 下垂和足趾卷屈。足前外侧缘触地，承重 部位疼痛，踝关节不稳，影响全身平衡。 • 2、足外翻：骨骼发育尚未成熟的儿童或年 轻患者（脑瘫）。足内侧触地，可有足趾 屈曲畸形。可导致舟骨部位胼胝生成和足 内侧疼痛。踝背屈受限。
步态分析
一、步行周期中各关节主要肌肉的运动情况：二、脚跟着地，骨盆前倾，股四头肌拉长，离心收缩。
一侧脚在支撑初期，另一侧在支撑末期。
三、臀中肌的离心是为了把骨盆重心调整平衡放在足心。
四、支撑中期股四头肌使膝保持5度以内的屈曲，主要为内侧头起作用，光靠股直肌不能完成，要靠内外侧头作用，股直肌完成踢腿等大运动，太强容易引起膝反张。
跨关节的肌肉一般完成大运动，而单关节的肌肉进行微调。
五、卒中后偏瘫患者精细运动支配不能，只能完成大运动。
拮抗肌的向心可锻炼肌肉的离心收缩。
六、摆动期的屈髋时小腿三头肌与腹肌共同完成的，髂腰肌作用很小，训练腹肌比髂腰肌更重要。
端坐位时，足下踩球训练髋的控制及腹肌。
七、小腿三头肌持续收缩不易改善时可依靠支具，摆动后期，膝关节是减速伸展，受腘绳肌控制。
八、弯腰时为了防止跌倒，臀大肌收缩。
九、偏瘫患者存在感觉障碍或高级脑机能障碍时会出现站起出现患侧负重。
十、偏瘫患者站立时重心前移的训练顺序为：低—高—抬臀。
十一、站起时，膝关节前移，屈曲，伸展。
在这个过程中，股四头肌分别为等长收缩，离心收缩，向心收缩。
在站起过程中，治疗师在患者患侧于膝关节处先给予向前下，然后向后方的助力。
十二、偏瘫患者进行躯干控制的高度顺序为：低—高。
进行站立训练的高度顺序为：高—低。
十三、站起训练时让患者患侧下肢稍微内旋的作用：①可以利用张力维持站立位。
②可以更好的控制踝关节防止足内翻。
十四、站立时偏瘫患者容易出现患脚后滑，若将脚垫在其后容易引起膝关节屈曲肌群力量的增强，解决方法为：①沿胫骨长轴施加压力，促进深感觉通过反射诱发股四头肌收缩。
②对股四头肌肌腹施加压力。
③直接站立。
步态分析
步态分析1：在康复医疗中对人体步行功能作客观、定量的评定称为步态分析。
步态分析是康复评定的重要组成部分。
进行步态分析，可以揭示肢体有无残疾、确定步态异常的性质和程度，为进行行走功能评定和矫治异常步态提供必要的依据。
通过步态分析和检查，也有助于下肢神经肌肉、关节疾患的诊断、观察康复医疗措施的效果。
一、正常步行周期正常行走时，从一侧腿迈步向前、足跟着地开始到该腿足跟重新着地为止的时期为一个步行周期。
每一个步行周期都要经历站立相（stance phase）和摆动相（swing phase）两个阶段。
1. 站立相：占整个步行周期的60％左右，它又分为几个阶段：⑴全足放平、足跟着地（0％－15%）⑵足跟离地（至30％处）⑶屈髋、屈膝（从30％－45％处）⑷足趾离地（至60%处）2. 摆动期：占整个步行周期的40％，包括：⑴足趾离开地面⑵足背屈足趾悬空加速摆动⑶腿摆动减速由于行走时一腿足趾离地之前，另一腿足跟已经着地，因此存在双足同时接触地面的瞬间，称为双腿支撑期，该期在每个步行周期中出现两次，每次约占整个周期的11%左右。
二、正确步行的姿态1. 躯干必须保持正直，不向左右歪和前后仰。
2. 髋关节只作伸屈运动，不作外展内收。
3. 足尖指向前方，重力由足跟转移到足趾。
4. 当身体重心落在一腿时，该腿膝关节必须完全伸直，当重心转移到另一腿时，膝关节屈曲。
5. 步幅均匀，两腿距离大致相等。
6. 步速中等、规律，一般速度时，每分钟约走80－100步。
正确的步态主要靠骨骼结构和各部分肌肉紧张度来维持。
中枢神经系统功能在其中起着相当重要的作用。
当骨骼、肌肉或神经病损时，步态就发生异常。
三、步态分析的方法在全面客观地进行步态分析的时候，首先要注意运动的平衡性和对称性。
步态分析一般分为临床观察法和定量分析法两种。
㈠临床观察法包括：1. 目测法：由医务人员通过目测，观察病人行走过程，然后根据一定观察项目逐项评价的结果，作出步态分析结论。
步态分析【范本模板】
步态分析一、概述行走是人体躯干、骨盆、下肢以及上肢各关节和肌群的一种周期性规律运动，步态是指行走时人体的姿态,是人体结构与功能、运动调节系统、行为以及心理活动在行走时的外在表现。
正常的步态有赖于中枢神经系统以及骨骼肌肉系统的正常、协调工作，当中枢神经系统或/和骨骼肌肉系统因疾病或损伤而受到损害时,就有可能出现步态的异常.步态分析是利用力学的概念和人体解剖、生理学知识对人体行走功能状态进行对比分析的一种生物力学研究方法.（一）步态分析步骤1、描述研究对象的步态模式和步态参数，并与正常步态进行比较找出其差异；2、分析出现差异的原因，研究产生异常步态的机制；3、确定改善步态的治疗方案，包括步态训练的方法、假肢或矫形器的装配、助行器的选择。
（二)步态分析方法1．运动性步态分析对步行的运动模式或步行时身体节段间的相关进行描述，此类分析既可定性也可定量，临床上应用简单，易于开展，后面将详细介绍。
2．动力性步态分析需要具备专业的知识技术和昂贵的专用设备，目前在我国只有少数单位开展了此项工作，社区中不可能开展，此处不予介绍。
二、正常步态（一）步态周期行走过程中，从一侧足跟着地到该侧足跟再次着地所经历的时间称为一个步态周期.在一个步态周期中，每侧下肢都要经历一个离地腾空并向前迈步的摆动相（迈步相）和一个与地面接触并负重的站立相（支撑相）。
摆动相是指从足尖离地到足跟着地，足部离开支撑面的时间，约占步态周期的40％；站立相是指从足跟着地到足尖离地,即足部支撑面与地板接触的时间，约占步态周期的60％。
其中,重心从一侧下肢向另一侧下肢转移，双侧下肢同时与地面接触的时间称之为双支撑相，一个正常步态周期中会出现两次双支撑相，各占步态周期的10％。
详见图1.图1 步态周期示意图(二）步态分期常用的步态分期方法有两种:一种是传统划分法，主要是以足能否着地为基础划分,将步态周期分为足跟着地、全足着地、站立中期、足跟离地、足尖离地、加速期、迈步中期、减速期共八个时期.另一种是目前通用的、由美国加州Rancho Los Amigos医学中心提出RLA分期，此方法认为步行时有3个基本任务：承受体重、单腿站立和迈步向前，3个基本任务中又分为8个独立的时期。
步态观察分析表
步态观察分析表（1）观察项目负重单腿支撑摆动期向前迈进首次着地承重反应站立中期站立末期迈步前期迈步初期迈步中期迈步末期躯干前屈后伸侧弯（左|右）旋后旋前骨盆一侧抬高后倾前倾旋前不足旋后不足过度旋前过度旋后同侧下降对侧下降髋关节屈曲受限消失过度伸展不充分后撤外旋内旋内收外展、步态观察分析表（2）观察项目负重单腿支撑摆动期向前迈进首次着地承重反应站立中期站立末期迈步前期迈步初期迈步中期迈步末期膝关节屈曲受限消失过度伸展不充分不稳定过伸展膝反张内翻外翻对侧膝过度屈曲踝关节前脚掌着地全脚掌着地足拍击地面过度跖曲过度背曲内翻外翻足跟离地无足跟离地足趾或前脚掌拖地对侧前脚掌踮起足趾过度伸展（上翘）伸展不充分过度屈曲步态目测观察表的内容：该表（见下图）横向栏目为步态周期的各个分期，纵向栏目按躯干、骨盆、髋、膝、踝及足趾的顺序，将 47 种异常表现依次列出，表中深蓝色格子表示与步行周期相对应的关节运动情况，无需观察。
空白格和黄色格则表示要对这一时间里是否存在某种异常运动进行观察和记录。
其中空白格的内容需要重点观察，在有异常存在的格中打上勾，例如踝关节内翻，在迈步相甚至负重期存在并无大碍，但对于单支撑期来说十分不利，因此，踝关节内翻使单支撑腿的站立面不稳定，很容易摔倒，因此在有关踝关节运动的目测观察中，应当重点审视在单支撑期有无踝关节内翻的情况。
再者由于前脚掌着地的方式，会影响完成负重反应，所以在首次着地期应重点观察足首次着地的方式，从评定表前脚掌着地一栏中可见，只在首次着地期有一个空白格，提示了检查者应观察的重点。
观察顺序:由远端至近端，即从足踝关节观察开始，依次评定膝关节、髋关节、骨盆及躯干。
在评定每一个部位时，应按步行周期中每一个环节发生的顺序进行仔细观察，将首次着地作为评定的起点。
先观察矢状面，再从冠状面观察患者的行走特征。
常见步态及其原因分析
常见步态及其原因分析步态是人体行走时身体的姿势和动作，包括脚的着地方式、支撑期、摆动期等。
常见的步态有正常步态、跛行、瘸行等，每种步态都可以通过观察和分析来推断患者的疾病或损伤。
以下是对常见步态及其原因的分析。
一、正常步态正常步态是人体正常行走时的姿势和动作，包括站立位、初步起步、支撑期、摆动期和停止等。
一般来说，正常步态的特征是身体平衡、步伐稳定、脚部接触地面的能力良好。
二、跛行跛行是由于下肢某一部位受伤或功能障碍造成的步态异常。
常见的跛行类型有跛行、单腿跛行和双腿跛行。
1. 跛行跛行是一种由于下肢行走功能障碍而出现的步态异常。
跛行的原因有许多，常见的原因包括下肢骨折、髋关节疾病、脊髓损伤等。
跛行的表现为步态不稳、行走时较长的时间花在支撑期上，另一条腿在摆动期时有明显抬高，并且行走时常常有疼痛感。
2. 单腿跛行单腿跛行是由于一侧下肢功能障碍造成的步态异常。
原因常见于腿部骨折、关节炎、脚踝损伤等。
单腿跛行的表现为一个腿在行走时无法正常承重，走路时会产生明显的摇晃感，而另一条腿则需用力抬高。
3. 双腿跛行双腿跛行是由于两侧下肢功能障碍造成的步态异常。
导致双腿跛行的原因有多种，如双下肢麻痹、肌无力等。
双腿跛行的表现为行走时脚踝无法灵活前后活动，步子比较短小，步态不稳定。
三、瘸行瘸行是由于躯干或上肢功能障碍造成的步态异常。
常见的瘸行类型有躯干瘸行、手指瘸行等。
1. 躯干瘸行躯干瘸行是由于躯干功能障碍导致行走时出现的步态异常。
躯干瘸行的原因多为中枢神经系统疾病或损伤，如脑卒中、脊柱骨折等。
躯干瘸行的表现为行走时上半身微微向一侧倾斜，步态异常。
2. 手指瘸行手指瘸行是由于手指功能障碍造成的步态异常。
手指瘸行的原因常见于手指骨折、关节炎等。
手指瘸行的表现为行走时手指无法正常弯曲或伸直，导致手部姿势异常。
步态异常可以通过观察和分析来推断患者的疾病或损伤，有助于医生对病情的判断和诊断。
因此，对步态异常的分析和研究对于医学领域具有重要的意义。
步态分析
步态分析步态分析是一种通过观察和研究人体行走姿态的科学方法。
在这个领域，研究人员通过观察和分析步态特征，可以获得有关一个人健康状况、运动能力和运动损伤等信息。
步态分析可以应用于医学、运动科学、安全监控等领域，为人们的生活提供帮助和支持。
步态分析主要研究人体行走时的各种参数和特征，例如步幅、步频、步态节奏等。
通过观察和分析这些参数，可以得出一个人的步态特征和步态模式。
步态分析技术主要包括传感器技术、图像分析技术和模式识别技术等。
在传感器技术方面，步态分析使用各种传感器来获取人体运动的数据。
例如，加速度计可以测量人体的加速度和运动方向，陀螺仪可以测量人体的旋转和转动。
通过这些传感器，可以获得人体行走时的加速度、角速度和其他运动参数，从而进行步态分析。
在图像分析技术方面，步态分析使用摄像机和图像处理算法来获取人体行走的图像数据。
通过分析这些图像数据，可以得出一个人的步态特征。
例如，可以分析人体的关节角度、肢体运动轨迹等。
通过这些图像分析技术，可以得到人体行走时的姿势和动作，从而进行步态分析。
在模式识别技术方面，步态分析使用机器学习和模式识别算法来识别和分类不同的步态模式。
通过训练一个模型，可以将不同的步态特征和步态模式区分开来，从而判断一个人的步态是否正常或异常。
这种模式识别技术可以帮助医生诊断和监测患者的步态问题，也可以帮助运动科学家研究和改进人体运动和训练方法。
步态分析在医学领域具有广泛的应用。
例如，在运动康复中，通过分析患者的步态特征，可以评估患者的康复进展和治疗效果。
在神经科学中，步态分析可以帮助研究人体运动控制和运动障碍的机制。
在老年保健中，步态分析可以用来评估老年人的运动功能和生活质量。
此外，步态分析还可以应用于运动训练、运动损伤预防和犯罪侦查等领域。
总之，步态分析是一种研究人体行走姿态的科学方法，通过观察和分析步态特征，可以获得有关一个人健康状况、运动能力和运动损伤等信息。
步态分析可以应用于医学、运动科学、安全监控等领域，为人们的生活提供帮助和支持。
步态分析规范(标准版)
步态分析规范【目的】应用运动和力学原理对步行动作进行分析，以评定步行功能，发现异常步态，有助于诊断神经系统和运动系统疾病，为步行训练、矫治异常步态提供必要的依据，有助疗效评价。
【内容】（一）步行周期：从一侧足跟着地开始，到此足跟再次助着地的时间。
1、支撑期60%：足跟着地→脚掌着地→重心转移到同侧→足跟离地→足趾离地。
2、摆动期40%：足上提→膝关节最大屈曲→髋关节最大屈曲→足跟着地。
（二）重心：站立时人体重心在第2骶椎前约1cm，离地时在身高的55%处，步行时重心垂直移动，一个周期二次，振幅5cm。
最高点在支撑中期，最低点在足跟着地期。
侧方移动，左右各一次，最高点在支撑中期。
（三）骨盆旋转：步行时骨盆在水平面上进行旋转，向前旋转在足跟着地时，向后旋转在支撑中期，共计8°。
（四）骨盆倾斜：步行中骨盆在额状面上进行左右倾斜，角度约5°。
（五）下肢轴的旋转：摆动期内旋约25°，支撑期外旋。
（六）支撑中期：小腿与地面垂直，膝关节屈曲约15°。
（七）下肢肌群功能：1、臀大肌、股四头肌、足背屈肌等伸肌在支撑期开始收缩，起伸髋、控制屈膝程度和足放平速度的作用，避免身体前倾，有减震作用。
2、臀中、小肌在支撑早期收缩，起稳定和避免侧向倾斜作用。
3、腘绳肌在摆动减速期收缩，发挥屈膝伸髋及减速作用。
（八）步频数：正常110～120步/min，快速140步/min，慢速70步/min。
（九）步幅：二足跟之间垂直距离，成人男性0~15cm。
（十）步速：每分钟行走距离=步频数×步幅。
（十一）、步宽：双足足中线之间宽度。
（十二）步角：足跟中点到第2趾的连线与前进方向之间夹角。
【方法】（一）三维步态分析系统、足踏开关跨步分析器（从略）（二）目测法。
1、患者沿直线往返行走多次。
2、从前、后、侧三面，在同一高度进行观察，并详细记录。
3、观察项目包括运动对称性，自如程度，步幅大小，上肢摆动，躯干运动，身体的上下运动；头部位置，肩的位置，骨盆前后倾斜，髋关节稳定性，膝关节稳定性，踝关节运动状况，足跟着地、支撑中期，足趾离地时足的状况，疼痛、疲劳。
6步态分析(1)
矫正方法
①胫前肌肌力训练；坐位、站位勾脚尖练习，根 据患者情况，脚背上可放置沙袋以抗阻训练。 ②对足下垂严重的患者有条件的可给以踝足矫形 器（AFO） ③对中枢性损伤所致的足下垂及合并有足内翻的 患者，除上述训练外，可配合站斜板牵伸小腿三 头肌及胫后肌、功能性电刺激（FES），以抑制 小腿三头肌张力，提高胫前肌的肌力和运动控制 能力。 对因局部小腿三头肌张力过高的患者，有条件的 可行局部肌肉神经阻滞，以帮助缓解痉挛。
承重反应
指首次触地之后重心由足跟向全足转移的 过程，骨盆运动在此期间趋向稳定。 参与的肌肉包括股四头肌、臀中肌、腓肠 肌。 支撑足首次触地及承重反应期相当于对侧 足的减重反应和足离地。由于此时双足均 在地面，又称之为双支撑相。
中期
支撑足全部着地，对侧足处于摆动相，是 唯一单足支撑全部重力的时相，约占步态 周期的40%。 参与的肌肉主要为腓肠肌和比目鱼肌。 下肢承重力小于体重或身体不稳定时此期 缩短，以将重心迅速转移到另一足，保持 身体平衡。
矫正方法：
加强臀中肌肌力训练如侧踢腿、抗阻侧踢腿等 侧方上下楼梯训练，如为一侧肌无力，训练时采 用患侧腿先上楼梯，健侧腿先下楼梯的方法 提降骨盆训练等 站立位姿势调整训练
侧方迈步（横行）步行训练
4、关节不稳步态
如先天性髋脱位，步行时左右摇晃如鸭步。 同臀中肌无力步态。
早期
从足趾离地起，到屈膝最大角度，此时大腿 摆动至身体正下方。 主要的动作为足廓清地面和屈髋带动屈膝， 加速肢体前向摆动，占步态周期13%~15%。 参与的肌肉主要为胫前肌、髂腰肌、股四头 肌。 如果廓清地面障碍(如足下垂)，或加速障碍 (髂腰肌和股四头肌肌力不足)，将影响下肢 前向摆动，导致步态异常。
六足机器人的步态分析与实现——1
六足机器人的步态分析与实现——1六足机器人的步态分析与实现——1步态是指机器人在运动中的腿部动作序列和时序，能够决定机器人的移动效果和稳定性。
六足机器人的步态有多种类型，例如三角步态、波浪步态和平行步态等，每种步态都有其优势和适应环境的特点。
下面将以三角步态为例，探讨六足机器人的步态分析与实现。
三角步态是一种相对简单且稳定的步态，通过两组对角线的腿部交替运动实现机器人的平稳移动。
其中，每组对角线的腿部依次为前左、中右和后左腿以及前右、中左和后右腿。
三角步态通常有两个阶段，即支撑阶段和摆动阶段。
在支撑阶段中，对角线的前两条腿同时着地，提供支撑力，使机器人保持平衡。
在此同时，后两条腿离地并进行摆动准备。
支撑阶段的关键是保持机器人的平衡，可以通过传感器实时检测机器人的倾斜角度，并通过调整腿部摆动幅度来保持平衡。
在摆动阶段中，先离地的两条腿进行前摆，后两条腿进行后摆，以便于整个机器人向前移动。
在摆动阶段，需要考虑腿部运动的坡度、步幅和频率等参数，以实现稳定的步态和高效的移动。
摆动阶段的关键是合理分配腿部的移动，以保证机器人的稳定和平滑的前进。
为了实现六足机器人的步态，需要通过控制系统和传感系统来实现腿部的运动控制和平衡调整。
控制系统可以使用反馈控制算法，通过传感器获取机器人的姿态信息，并进行实时的运动控制。
传感系统可以使用力传感器、陀螺仪和加速度计等传感器，实时监测机器人的姿态和环境信息。
另外，六足机器人的步态实现还需要考虑到各腿之间的协调和同步。
可以通过通信模块实现腿部之间的信息传递和协调，以确保六足机器人在运动中的平衡和稳定。
总结来说，六足机器人的步态分析与实现是一个复杂而关键的过程。
需要考虑到机器人的稳定性、效率和灵活性，选择合适的步态类型，并且通过控制系统和传感系统实现腿部的运动控制和平衡调整。
通过合理的步态设计和实现，可以使六足机器人在各种环境中实现平稳、高效的移动。
步态分析方法1
步态分析方法简介生物医学工程硕1052班李韬学号：311103715人类的步行是一个复杂的过程,它的根本目的是从一处安全有效地转移到另一处。
步行(walking)是指通过双脚的交互动作移行机体的人类特征性活动。
步行需要全身肌肉的参与,包括人体重心移位,骨盆倾斜旋转,髋、膝、踝关节伸屈及内外旋展等,使人体位移的一种复杂的随意运动。
步态则是人类步行的行为特征,涉及行为习惯、职业、教育、年龄及性别等因素,也受到多种疾病的影响。
由于人类个体之间的内在差异,每个人的步态模式都是独特的。
然而,由于每个人都有基本相同的解剖和生理结构,所以健康人的步行是在一系列相似的过程中完成的。
在这种周期性的和高度自动化的运动模式中,包含有躯体和四肢有节律的动态变化,在连续的步行过程中,各个步态周期之间的差异是非常细微的。
行走是人体日常生活中重复最多的一种整体性运动。
直立行走运动是人类长期进化的结果。
现代测量技术的发展使我们有可能对人类行走时身体各部分,特别是下肢的运动和受力情况进行动态的数量化分析,这项工作逐渐发展为生物力学的一个特殊分支,并被定名为步态分析(gait analysis)。
步态分析就是研究步行规律的检查方法,旨在通过生物力学和运动学手段,揭示步态异常的关键环节和影响因素,从而指导康复评估和治疗,也有助于临床诊断、疗效评定及损伤机制的研究等。
同时,步态分析也是一种对人体行走方式进行客观记录并对步行功能进行系统评价的有效手段,是康复评定的重要组成部分。
在临床工作中,对患有神经系统或骨骼肌肉系统疾病而可能影响行走能力的患者需要进行步态分析,以评估患者是否存在异常步态以及步态异常的性质和程度,为分析异常步态原因和矫正异常步态、制订治疗方案提供必要的依据。
步态分析是利用力学的概念、处理手段和已经掌握的人体解剖、生理学知识对人体行走的功能进行对比分析的一种生物力学研究方法。
步态分析可分为定性法(目测分析法)和定量法(仪器分析法)两种。
步态分析
减痛步态
一侧下肢出现疼痛时，常呈现出逃避疼痛的减痛步态。 其特点为患侧站立相时间缩短，以尽量减少患肢负重，步幅变 短。
患者常一手按住疼痛部位，另一上肢伸展。疼痛部位不同，表
的稳定性受到影响， 表现为足跟着地后，臀大肌为代偿股四头肌 的功能而使髋关节伸展，膝关节被动伸直， 造成膝反张。 如伸髋肌无力，则患者需俯身用手按压大腿， 使膝伸直。
帕金森步态
帕金森步态是一种要为刻板的步态。 表现为步行启动困难， 行走时双下肢交替迈步动作消失、躯干前倾、
髋膝关节轻度屈曲、踝关节于迈步相时无跖屈、足 擦地而行，步幅缩短、表现为步伐细小。
包括:首次着地 承重反应 站立中期 站立末期
2、迈步相
包括：迈步初期 迈步中期 迈步末期
迈步前期
1、站立相包括
首次着地 足跟接触地面的瞬间，站立相的起始点。
承重反应 足跟着地到全足着地的过程，即足跟着
地到对侧足趾离地的过程。
站立中期 从对侧下肢离地到躯干位于该侧（支撑） 腿正上方时。
站立末期 从足跟离地到对侧下肢足跟着地时。
（6）步行速度 单位时间内行走的距离称为步行速度。
（二）步行周期
指人在行走时，从一侧足跟着地起到该
侧足跟再次着地为止所用的时间称为 -----步行周期。
1、时相
站立相: 占60%
离地的过程； 迈步相: 占40% 指从足趾离地到同侧 足跟再次着地的过程。
指从足跟着地到足趾
2、分期
1、站立相
踝关节 20°到10°跖屈
迈步中期
临床步态分析
临床步态分析（一）步行是躯干和肢体共同参与的有节律的活动。
步行时躯干肌和肢体屈伸肌群交替协调收缩,带动各关节活动并产生能量,并伴有骨盆旋转、重心转移及动、位能转换等。
上肢也对协调运动、平衡、迈步等起作用。
因此,步行是一个精确而复杂的运动过程。
一、概述步态分析是康复医学评定中的重要内容。
康复医生掌握和了解步态分析的方法，以及临床常见的异常步态，对于制定康复治疗计划具有极大的帮助。
二、影响行走功能的因素（一）行走功能与步态行走：双下肢交替、对称、有节律的运动。
这种运动使身体得以在空间移动，它是人类生活中最基本的动作之一。
步态：行走时所表现的姿态或行走模式。
大量研究成果证实，可以通过分析一个人的步态特征，来识别和区别不同的个体，从而为识别罪犯研究提供了科学证据。
行走不是与生俱来的能力，而是婴儿在出生后随着中枢神经系统的正常发育而逐渐建立起来的。
上面几张图片表示一个婴儿出生后，运动功能发育过程。
第 1 张图表示婴儿在 3 个月的时候可以抬头，可以做腹支撑。
第 2 张图表示7 、8 个月时，婴儿可以肘支撑。
第3 张图表示8 、9 个月时，婴儿可膝手位支撑开始爬行。
到10 ～12个月时，婴儿可以站立。
1岁时开始学会走路，但需要其它人扶。
许多脊髓水平的运动模式，出生后在婴儿时期很快消失，而牵张反射、姿势反射等就成为运动功能，尤其是步行能力的基础。
影响行走能力的因素有哪些？影响行走能力的因素包括三个方面：（ 1 ）神经系统的精确控制（ 2 ）肌肉和关节的活动（ 3 ）躯干肌协调运动。
（见右图）神经系统的精确控制指肌肉随意运动支配起源于大脑皮质中央前回，通过皮质脑干束和皮质脊髓束，到达脊髓的前角，支配随意肌运动。
此外锥体外系结构，如纹状体、红核、黑质等对脊髓、脑干、小脑和大脑的运动反馈环路也起调整作用，这些结构与锥体束有着密切联系，并直接影响脊髓活动。
前庭小脑系统通过复杂的调节和反馈机制，维持肌张力，协调平衡，使人体能够完成许多技巧性运动。
步态分析
• （三）髂腰肌
为髋关节屈肌。髋关节于足跟离地至足趾 离地期间伸展角度达到峰值（10度~15度）。 为对抗髋关节伸展，从站立相中期开始至 足趾离地前，髂腰肌离心性收缩。最终使 髋关节从站立相末期由伸展转为屈曲。髂 腰肌第二次收缩活动始于迈步相初期，使 髋关节屈曲，以保证下肢向前摆动。
• （四）股四头肌
• 站立相约占步行周期的60%，迈步相约
占其中的40%。站立相与迈步相的时间比 例与步行速度有关，随着步行速度的加快， 迈步相时间相应延长而站立相时间缩短。
三 时空参数
• （一）步频与步速
•
1 步频 单位时间内行走的步数称为步频，以步数
/分表示。正常人平均自然步频约为95~125步/分左右。
•
• 1.步长 行走时左右足跟或足尖先后着地
时两点间的纵向直线距离称为步长，以厘 米为单位表示。步长与身高成正比，即身 材越短，步长越短。正常人为约为50~80厘 米。
• 2.跨步长 跨步长指同一侧足跟前后连续两
次着地点间的纵向直线距离，相当于左右 两个步长相加，约为100~160厘米。
（三）步宽与足偏角
• （六）胫前肌
为踝关节背屈肌。足跟着地时，胫前肌离 心性收缩以控制踝关节跖屈度，防止在足 放平时出现足前部拍击地面的情况。足趾 离地时，胫前肌收缩，再次控制或减少此 时踝关节的跖屈度，保证足跖在迈步相能 够离开地面，使足廓清动作顺利完成。
• （七）小腿三头肌
包括腓肠肌和比目鱼肌，其中腓肠肌为双 关节肌，起于股骨内、外侧髁，以跟腱止 于跟结节。主要作用为踝关节跖屈。踝关 节负重且固定时，腓肠肌收缩可以牵拉股 骨下端和胫骨上端向后，使膝关节被动伸 直。作为踝关节跖屈肌，在足跟离地时的 蹬离动作中，腓肠肌的向心性收缩达到高 峰，产生爆发性的踝关节跖屈，从而将身 体重心有力地向上向前推进
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承重反应期
骨盆 ：5°旋前 髋关节：30° 屈曲 膝关节：0°-15 °屈曲 踝关节：0°°- 0° 膝关节：15°- 0° 踝关节：15°跖屈-10°背屈
足跟离地（站立末期）
骨盆 ：5°后旋 髋关节：0°- 10°过伸展 膝关节：0° 踝关节：10°背屈-0° 趾关节：0°- 10°过伸展
跨步时间
（步行周期时间）
行走两步所需要的时间，通常 记录从一侧首次着地时开始至该侧 下一个首次着地结束的时间。以秒 为计时单位。
单步时间
（step period）
行走一步所需要的时间，通常 记录从一侧首次着地时开始至对 侧首次着地结束的时间。以秒为 计时单位。
步长 （step length）
▪ 行走时左右足跟或足尖先后着地时两
20% GC）。
单支撑
（single support）
行走中仅一侧下肢与地面接触 的时期。以秒为计时单位，或以 步行周期百分比表示。行走时， 一侧下肢单支撑期所占时间实际 上完全等于对侧下肢的迈步相时 间。
摆动相 (swing phase)
▪ 步行周期中从足趾离地到同侧足跟
再次着地的过程。约占40%GC。一 侧下肢迈步相时间等于对侧下肢单 支撑期时间。
四、禁忌证
▪ 严重心肺疾患、下肢骨折未愈合、检查不
配合者不宜进行步态分析。
第二节 正常步态
步行周期
站立相 (stance phase)
▪ 步行周期中从足跟着地到足趾离地
的过程。约占60%GC。其中包含 两个双支撑期和一个单支撑期。
双支撑
（double support）
行走中双脚与地面同时接触的时 期。以秒为计时单位，或步行周期 百分比表示（各占10%GC，共
步态分析（一）
第一节 概述
一、生物力学与神经学 和运动生理学的关系
▪ 行走及其步态是中枢神经系统的终极目标
在生物力学水平上的体现 。
生物学水平
生物力学水平
神经学水平 肌肉水平 关节水平
▪ 正常步态有赖于中枢神经系统、周围神经
系统以及肌肉骨骼系统的协调工作。
二、步态分析的目的
▪ 异常步态的障碍诊断。 ▪ 异常步态的程度。 ▪ 比较不同种类的辅助具（含假肢）、矫形
▪ 从支撑腿离地到
该腿膝关节达到 最大屈曲时。
迈步相中期 （70～85%GC）
指下肢向前摆动 的动作过程中，从 膝关节最大屈曲摆 动到小腿与地面垂 直的时期。
迈步相末期 （85～100%GC）
▪ 从与地面垂直的
小腿向前摆动到 该侧足跟再次着 地之前。此时小 腿减速向前摆动。
步态的时空参数
（时间-距离参数）
器、下肢矫形手术的作用以及对于步态的 影响。
三、适应证
▪ 中枢神经系统损伤: 如脑卒中、脑外伤后偏瘫、
脑瘫、帕金森病、小脑及其传导路病变。
▪ 骨关节疾病与外伤: 截肢、髋膝关节置换术后、
关节炎、韧带损伤、踝扭伤、下肢不等长等。
▪ 下肢肌力损伤: 脊髓灰质炎、股神经损伤、腓总
神经损伤等
▪ 其他: 疼痛
站立中期
（10～40%GC）
▪ 从对侧下肢离地
到躯干位于支撑 腿正上方。
足跟离地 （40～50%GC）
站立相中期过后， 支撑腿足跟离地 的瞬间。
足趾离地 （50～60%GC）
支撑腿足趾离地 的瞬间，标志着 站立相结束和迈 步相开始。
迈步相分期
▪ 初期 ▪ 中期 ▪ 末期
迈步相初期 （60～70%GC）
stride length?
▪ What is the significance of different step
lengths in a gait report?
站立相分期
▪ 首次着地 ▪ 足放平（负荷反应期，预负荷） ▪ 站立中期 ▪ 足跟离地（站立相末期） ▪ 足趾离地（迈步相前期）
首次着地（0%）
▪ 步行周期和站立
相的起始点，指 足跟或足底的其 它部位第一次接 触地面的瞬间。
足放平 （0～10%GC）
▪ 整个足底着地的
瞬间。即首次着 地至支撑腿于站 立相过程中膝关 节达到最大屈曲 角度的时期。
迈步相末期
骨盆 ：5°旋前 髋关节：30°屈曲 膝关节：30°屈曲 - 0° 踝关节：0°
五、步行中的肌群活动
股四头肌
站立相 摆动相
腘绳肌
站立相 摆动相
小腿三头肌
站立相 摆动相
胫前肌
站立相 摆动相
复习题
▪ What are the correct definitions of step &
步速
▪ 单位时间内行走的距离。正常人平均
自然步速约为1.2m/s。
▪ 步速（m/s）= 跨步长 × 步频
120
步频
▪ 单位时间内行走的步数，以步/min表
示。正常人平均自然步频约为95-125 步/min左右。
步行中 关节运 动轨迹
步行周期中骨盆及 下肢关节角度的运动轨迹
足跟着地
骨盆 ：5°旋前 髋关节：30° 屈曲 膝关节：0° 踝关节：0°
点间在前进方向上的直线距离。
跨步长 （stride length）
▪ 同侧足跟（或足尖）前后两次着地点
间的距离。以cm为单位表示。正常人 跨步长是步长的两倍，约为100160cm.
步宽 （stride width）
▪ 指左、右两足间的横向距离，通常以
足跟中点为测量点。步宽愈窄，步行 的稳定性愈差。
足趾离地（迈步前期）
骨盆 ：5°后旋 髋关节：10°过伸展-0° 膝关节：0°- 35° 踝关节：0°- 20°跖屈 （关键点：膝关节被动屈曲）
迈步相初期
骨盆 ：5°后旋 髋关节：0°- 20°屈曲 膝关节：35°- 60°屈曲 踝关节：20°- 10°跖屈
迈步相末期
骨盆 ：中立位 髋关节：20°- 30°屈曲 膝关节：60°- 30°屈曲 踝关节：10°跖屈- 0°