第四章 运动控制与步态 第三节 行走运动控制汇总
运动控制相关理论
运动控制相关理论
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• 了解任务性质能够提供任务结构框架。任 务可依据其间关系归纳为共同特点采取由 易到难次序编排。
运动控制
运动控制相关理论
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• 运动控制订义为调整或者管理动作所必需 机制能力。
• 运动控制领域是直接研究动作性质, 以及动 作是怎样被控制。
运动控制相关理论
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动作
• 动作产生是由三个原因相互作用而来: 个体， 任务以及环境。
• 动作是围绕任务和环境要求来组织。在一 个特定环境中，个体产生动作是为了到达 任务要求。从这首先来看，我们认为动作 组织受到个体、任务和环境几个原因制约。
意力分散情况。
运动控制相关理论
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运动控制理论
• 运动控制理论描述了运动是怎样被控制。 • 运动控制理论是关于控制运动一组抽象概
率。 • 理论是一系列内部之间相互联络陈说, 用来
描述不可被观察到结构或者过程, 并将它们 相互联络起来, 以及同可观察到事件联络起 来。
运动控制相关理论
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理论提供了:
整编。这种方法认识到动作是在个体、任 务和执行任务时环境之间相互作用而产生，
运动控制相关理论
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运动控制相关理论
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任务导向方法
运动控制相关理论
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运动控制相关理论
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运动控制相关理论
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步行控制算法实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解步行控制算法的基本原理和实现方法。
2. 掌握步行控制算法在虚拟环境中的应用。
3. 分析不同步行控制算法对步行效果的影响。
二、实验原理步行控制算法是研究如何使机器人或虚拟角色实现自然、稳定的步行过程。
本实验主要涉及以下原理：1. 动力学模型：建立机器人或虚拟角色的动力学模型，描述其在行走过程中的运动状态。
2. 控制策略：设计控制策略，使机器人或虚拟角色在行走过程中保持稳定，并实现预定路径。
3. 反馈控制：利用传感器获取实时信息，对控制策略进行调整，提高步行稳定性。
三、实验器材1. 机器人或虚拟角色：用于实现步行控制算法。
2. 动力学模型软件：用于建立机器人或虚拟角色的动力学模型。
3. 控制策略设计软件：用于设计步行控制算法。
4. 传感器：用于获取实时信息，如加速度计、陀螺仪等。
四、实验步骤1. 建立动力学模型：根据机器人或虚拟角色的结构和参数，建立相应的动力学模型。
2. 设计控制策略：根据动力学模型，设计步行控制算法，包括步频、步幅、步态等参数。
3. 编写控制程序：利用编程语言实现控制策略，使机器人或虚拟角色能够按照预定路径行走。
4. 集成传感器：将传感器集成到机器人或虚拟角色中，用于获取实时信息。
5. 调试与优化：对控制程序进行调试，调整参数，提高步行效果。
6. 实验验证：在虚拟环境中进行实验，观察机器人或虚拟角色的步行效果。
五、实验结果与分析1. 实验结果（1）步频：实验结果显示，不同控制算法对步频的影响较小，基本保持稳定。
（2）步幅：不同控制算法对步幅的影响较大，部分算法导致步幅过大或过小。
（3）步态：实验结果显示，部分控制算法使机器人或虚拟角色的步态较为自然，而另一些算法则较为僵硬。
2. 分析（1）步频：由于步频主要受动力学模型和步态参数影响，因此不同控制算法对步频的影响较小。
（2）步幅：步幅受控制策略和动力学模型影响，部分算法可能导致步幅过大或过小，影响步行稳定性。
第四章 运动控制及步态 第三节 行走运动控制
和距下关节
水平面：研究很有限
关节运动学
矢状面运动
关节运动学——矢状面运 动
骨盆在矢状面的运动 向前、后倾斜的范围是很小的（大约为2°～4°） 发生在髋部（骨盆与股骨间的屈伸）和腰骶关 节（骨盆与腰椎间的屈伸） 骨盆在整个步态周期中的运动模式就类似两个 完整波形的正弦波 骨盆的运动范围会随着行走速度的增加而增加 有屈髋关节肌明显挛缩的病人在支撑期的后半 部分（步态周期的30％～60％ ）就会出现极其 严重的骨盆前倾
踝关节跖屈时伴随着轻度的内翻与内收
关节运动学——冠状面运 动
距下关节在冠状面的运动
旋前与旋后的三维运动是距下关节与横向的
跗骨关节相互作用的结果 旋前运动包含了外翻、外展和背屈 旋后运动包含了内翻、内收和跖屈
关节运动学——冠状面运 动
距下关节在冠状面的运动
在足跟触地时，距下关节内翻的角度大约为2°～3° 足跟触地后不久，跟骨开始快速外翻并一直持续到
（步态周期的8％～45％） 在足跟离地不久（步态周期的40%），踝关节开 始跖屈，最大到15°～20°，一直到足趾离地 在摆动阶段，踝关节再次背屈到中立位以使足趾 完全离地
关节运动学——矢状面运 动
踝关节跖屈受限可能会导致前移推动力下降，也
可能会导致步长缩短 如果由于跟腱挛缩导致支撑期不充分的踝背屈， 可能引起不完全的足跟离地，导致“跳跃”步态 ， 限制了身体的前移，步长也会缩短 患有马蹄足畸形的病人，以过度伸直的足趾行走， 而足跟却不能触地，最常见于脑瘫患者 踝背屈受限也会影响摆动阶段的足趾离地。为了 代偿，就必须增加髋或膝关节的屈曲
关节运动学——矢状面运 动
髋关节在矢状面的运动
正常行走时，髋关节大约需要30°的前屈和
步态分析ppt演示课件
揭示肌肉的电生理活动与步态的关系。
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sEMG（表面肌电图）
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髋关节（hip)
• 髋伸肌：臀大肌、腘绳肌
• 髋屈肌：髂肌、腰大肌（髂腰肌）
• 髋外展肌：臀中、小肌、梨状肌、
• 髋内收肌群：耻骨肌、长/短收肌、大收肌
• 髋内旋肌：阔筋膜、臀小肌、臀中肌前部
• 髋外旋肌：臀中肌、臀大肌后部，梨状肌、 闭孔内肌
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当摆动腿向前迈步时， 骨盆向前及向对侧发生 一定的旋转，正常约5°
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正常步行周期中骨盆和下肢各关节 角度的变化
关节运动角度
步行周期 骨盆 首次着地 承重反应 站立中期 足跟离地 足趾离地 5°旋前 5°旋前 中立位 5 °旋后 5 °旋后 髋关节 30 °屈曲 30 °屈曲 30 °屈曲 ~0 ° 0 °~10 °过度伸展 10 °过度伸展~0 ° 膝关节 0° 0 °~15 °屈曲 15 °~5 °屈曲 5 °屈曲 5 °~35 °屈曲 踝关节 0° 0 °~15 ° 15 °跖屈~10 °背屈 10 °背屈~0 ° 0 °~20 °跖屈
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观察法
• 一般采用自然步态，即最省力的步行姿态。观察包括前 面观、侧面观和后面观。需要注意全身姿势，包括步行 节律、稳定性、流畅性、对称性、重心偏移、手臂摆动 、诸关节姿态与角度、患者神态与表情、辅助装置(矫形 器、助行器)的作用等。 • 在自然步态观察的基础上，可以要求患者加快步速减少 足接触面（踮足或足跟步行）或步宽（两足沿中线步行 ），以凸现异常；也可以通过增大接触面或给予支撑（ 足矫形垫或矫形器），以改善异常，从而协助评估。
• 股直肌、缝匠肌也参与屈髋活动
步态分析
剪刀步态：
膝关节始终屈曲 体前倾，足前部着地行走并呈剪刀步
或交叉步 支撑相延长，摆动相缩短 不稳定的疲劳步态
帕金森病步态：
表现为双侧性运动控制障碍和功能障碍
以面部、躯干、四肢肌肉运动缺乏、僵硬为 特征；
双支撑期时间延长；行走时体前倾、髋膝关 节轻度屈曲、关节ROM减小，踝关节摆动相 时无跖屈，足擦地，步伐细小、快速；上肢 几乎无摆动；
髋关节：支撑相时：躯干向患侧过度倾斜； 摆动相：患处轻度屈曲、外展、外旋；患肢 尽量避免足跟着地。
膝关节：在整个行走周期中以轻度屈曲膝关 节为特征；避免足跟着地而以足尖着地。
踝关节：患侧跨步长↓，正常的足跟-足尖 运动模式消失。
2、肌无力：
对步态的影响主要见于步行周期不同 阶段中肌肉的等张性收缩活动中；
和摆动相（swing phase）两个阶段。
支撑相约占步行周期的60%，摆动相约 占40%；
支撑相与摆动相的时间比例与步行速 度有关。
双支撑相：步行中双足落地的时相； 每个步行周期包含两个双支撑相，
各占10%； 双支撑相的长短与步行速度有关。
单支撑相：一条腿与地面接触，即对 侧的摆动相；
同一标记物被两台以上的检测仪同时获取时， 即可进行三维图象重建和分析。
输出结果包括：数字化重建的三维步态、各 关节三维角度变化、速率和时相。关节标记 物一般置放于需要观察的关节或重力中心。
常见病理步态的原因及表现
1、疼痛：
患者会尽量减少活动→关节活动能力 下降、关节固定→疼痛进一步加剧；
疼痛步态的特征：跨步长↓、步速↓、 支撑相时间↓。
背面：臀中肌步态 侧面：脊柱伸屈运动，髋、膝、踝的伸
《运动控制系统》教案
《运动控制系统》教案第一章：运动控制系统概述1.1 运动控制系统的定义1.2 运动控制系统的作用1.3 运动控制系统的发展历程1.4 运动控制系统的应用领域第二章：运动控制系统的组成2.1 控制器2.2 执行器2.3 传感器2.4 驱动器2.5 运动控制器与执行器的接口第三章：运动控制算法3.1 PID控制算法3.2 模糊控制算法3.3 神经网络控制算法3.4 自适应控制算法3.5 预测控制算法第四章：运动控制系统的性能评估4.1 动态性能评估4.2 静态性能评估4.3 稳态性能评估4.4 鲁棒性评估4.5 节能性能评估第五章：运动控制系统的应用案例5.1 运动控制5.2 数控机床运动控制5.3 电动汽车运动控制5.4 无人机运动控制5.5 生物医学运动控制第六章：运动控制系统的建模与仿真6.1 运动控制系统的数学建模6.2 运动控制系统的计算机仿真6.3 仿真软件的选择与应用6.4 系统建模与仿真的实际案例6.5 建模与仿真在运动控制系统设计中的应用第七章：运动控制系统的故障诊断与容错控制7.1 运动控制系统的常见故障及诊断方法7.2 故障诊断算法及其在运动控制系统中的应用7.3 容错控制策略及其在运动控制系统中的应用7.4 故障诊断与容错控制在提高运动控制系统可靠性方面的作用7.5 故障诊断与容错控制的实际案例分析第八章：运动控制系统的优化与调整8.1 运动控制系统的性能优化方法8.2 控制器参数的整定方法8.3 系统调整过程中的注意事项8.4 优化与调整在提高运动控制系统性能方面的作用8.5 运动控制系统优化与调整的实际案例第九章：运动控制系统在工业中的应用9.1 运动控制系统在制造业中的应用9.2 运动控制系统在自动化生产线中的应用9.3 运动控制系统在技术中的应用9.4 运动控制系统在电动汽车技术中的应用9.5 运动控制系统在其他工业领域中的应用第十章：运动控制系统的发展趋势与展望10.1 运动控制系统技术的发展趋势10.2 运动控制系统在未来的应用前景10.3 我国运动控制系统产业的发展现状与展望10.4 运动控制系统领域的研究热点与挑战10.5 面向未来的运动控制系统教育与人才培养重点和难点解析重点一：运动控制系统的作用和应用领域运动控制系统在现代工业和科技领域中起着至关重要的作用。
运动技能学习与控制课件第四章感觉系统对运动控制的作用
– 本体感觉反馈失真。
动物手术：切断神经传导
精度明显不如 从前，但依然 具有完成技能 的能力
肌腱振动技术：
二、本体感觉的作用
• 影响运动的准确性
– 对肢体错误位置的反馈提供了纠错的基础。
• 影响动作指令的开始时间
– 例如，伸直食指同时提踵。
• 肢体协调
第五节 前馈对动作控制的影响
optical flow
眼球
移動目標
固定目標
一、视觉信息
网球击球时，何时开始动作，何时球拍与球接触，这些信息 的获得离不开视觉信息。 当球接近人时，球距离越近，视网膜上的投影的变化率越大。 通过这种信息可以判断物体接触到视网膜的时间，即触前时 间Tc.
一、视觉信息
运动员运用视觉 信息来准确起跳。 接近40%的调整都 发生在最后一步。
人是看不清楚球的
思考题
• 什么是闭环控制系统？ • 中央视觉与周围视觉的区别？ • 什么是触前视觉信息？对于体育运动项目
有什么用？ • 本体感觉在运动控制中的作用。 • 前馈和反馈的区别？
中央视觉
中央 有意识
损害 这是什么？(What)
外周视觉
中央和外周 无意识 无
它在哪里？(Where)
一、视觉信息
腹侧视觉系统： •有意识分析的知觉。 •只限制在中央视觉 •需要聚焦和充足的光线。 •于人体注视聚焦的物体很敏感 背侧视觉系统 •为运动的视觉控制提供知觉信息 •全视野的（接近180度）， •不要求聚焦 •光线微弱的情况下也能工作。
听觉与动作控制
跑步的脚步声反映出跑步者的节奏； 球棒撞击声为棒球运动员提供棒球被击中程度的信息； 高尔夫球手通过杆头与球碰撞声音判断击球情况
步行功能训练...
减重步行训练--禁忌证
• 脊柱不稳定；下肢骨折未充分愈合或关节 损伤处于不稳定阶段；患者不能主动配合； 运动时诱发过分肌肉痉挛；体位性低血压； 严重骨质疏松症；慎用于下肢主动收缩肌 力小于2级，没有配置矫形器者，以免发生 关节损伤。
减重步行训练--组成
• 减重步行训练系统： • 减重悬吊系统 • 步行系统
室内步行训练—注意事项
• ⑴行走训练时，注意安全。 • ⑵正确选择适当的行走辅助具和行走步态。 • ⑶要根据患者的身高和手臂长度，正确选 择和使用适合的助行架、腋拐或手杖。 • ⑷当患侧下肢支撑力＜体重的50%时，不宜 使用单腋拐；患侧下肢支撑力＜体重的90% 时，不宜使用手杖；双下肢支撑力总和＜ 体重的100%时，不宜使用助行架
15 °跖屈~10 °背屈
10 °背屈~0 ° 0 °~20 °跖屈 20 °~10 °跖屈 10 °跖屈~0 ° 0°
正常步态的维持,应为髋关节前屈30°,后伸10°;膝关节充分伸展,屈曲60°;踝关节跖屈20°,背伸15°
步行能耗
• 正常步行能耗 正常人以舒适的速度，即约4.5～5km/h的 速度步行时耗能不大，有实验表明，平地常速步行时的能 耗为0.33kJ/min· kg（0.8cal/min· kg），步速增加或步态 改变时能耗增加。 • 异常步行能耗 • 偏瘫时步行的能耗增加65%； • 截瘫后增加2～4倍； • 单侧膝上截肢步行时能耗增加60%～70%，双侧膝上截肢 能耗增加则为100%； • 单侧膝下截肢，能耗增加10%、双侧膝下截肢能 • 耗增加则为40%~50%。
通过对步行能力进行宏观分级大致了解患者的步
行水平。常用Hoffer步行能力分级和Holdden步行
功能分类
㈠临床分析
运动技能学习与控制课件第四章感觉系统对运动控制的作用
一种解释可能是在主动运动时，运动系统发送的运动开始命令的同时，也同时输 脑的感觉区域，从而对反馈信息做出正确的评价。
扫视眼动 Saccade
• 目光在注视点之间快速短暂的运动
视觉追踪的方法
• 追踪一个步行的老人
– 需要眼动速度 40 -70 °/s – 慢速、平滑眼动
• 追踪排球扣球
– 需要眼动速度500 °/s – 扫视眼动 Saccade – 需要预判（前馈），若注视点错过了球的位置，人是看不清
楚球的
思考题
• 什么是闭环控制系统？ • 中央视觉与周围视觉的区别？ • 什么是触前视觉信息？对于体育运动项目有什么用？ • 本体感觉在运动控制中的作用。 • 前馈和反馈的区别？
在运动技能学习过程中，技巧性的动作需要精确的空间与时间调控才能顺 利完成。研究表明，听觉导引状况下的节律性手指动作在目标信号与动作间出 现的吻合度较高，而视觉导引状况下的动作吻合度则较听觉导引差。影像学研 究也显示：不同感觉导引状况下的节律性手指动作所激发的脑部活动回路也不 尽相同。但是，不同感觉信息是如何影响最终动作表现的目前还不清楚，听觉 在运动控制中的作用也还需要进一步探索。
关键概念 闭环控制系统 (closed-loop control system) 反馈（feedback） 动作视觉（vision for action） 知觉视觉（vision for perception） 触前时间（time to contact,TC） 前馈（feedforward）
第一节 感觉系统与闭环控制
一、视觉信息
• 视觉的两个系统
– 中央视觉（central vision, foveal or focal vision） – 外周视觉 (peripheral vision, ambient vision)
《人体运动学》教学大纲
《人体发育学》教学大纲一、课程说明（一）课程性质、地位与任务运动学（kinesiology）是理论力学的一个分支学科，它是运用几何学的方法来研究物体的运动，主要研究质点和刚体的运动规律。
运动学为动力学、机械原理（机械学）提供理论基础，也包含自然科学和工程技术等多个学科所必需的基本知识，包括物体的运动在空间和时间等方面的差异。
人体运动学是研究人体活动科学的领域。
是通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体和器械的位置随时间变化的规律或在运动过程中所经过的轨迹，而不考虑人体和器械运动状态改变的原因。
在研究人体运动时，是以牛顿力学理论为基础的。
在运动生物力学中，把人体简化为质点、质点系、刚体和多刚体系等力学模型，而使研究的问题大大简化。
但是人体是生命体，因此在研究人体运动学时，还要尽可能地考虑人的生命特征，才能正确地研究人体的运动。
本书所讲的人体运动学，主要指人体的功能解剖学、生物力学和部分运动生物力学的内容。
（二）课程教学的基本要求1.要有教学大纲、教学日历、基本教材和主要参考书。
2.教学中应以全面、整体的观点、理论联系实际的观点来指导教学的全过程。
3.要理论联系实际，结合课程内容适当联系人体运动的具体情况，培养学生自主学习的兴趣和创新能力。
（三）课程教学改革优化整合教学内容，教学在内容的选择上，注重学科之间的相互联系，强化知识的整体性。
传统讲授法仍然是人体发育学教学特别是课堂教学最基本的教学方法。
在传统的讲授基础上，根据课堂实际需要，合理适当改革教学方法如：任务驱动式、启发式、讨论式教学。
二、教学内容与学时分配（一）课程理论教学第一章总论10学时第一节人体运动学基础与概念1学时知识点：人体运动的基本形式、规律及其生理意义，制动与卧床对机体的影响，心理活动对人体生理运动的影响第二节运动学基础1学时知识点：运动学基本概念，运动学描写的基本知识第三节动力学基础2学时知识点：经典力学基础，转动力学第四节静力学平衡2学时知识点：系统与结构平衡，重心的定义及确定方法，压力平衡第五节生物力学基础2学时知识点：材料力学相关概念，运动生物力学第六节人体运动的能量代谢1学时知识点：能量代谢的生物学意义，能量代谢测量，运动能量代谢与人体健康第七节人体运动的效果评价 1学时本章小结重点：人体运动的基本形式、规律及其生理意义，运动学基本概念，动力学基础，静力学平衡，生物力学基础，能量代谢的生物学意义，能量代谢测量难点：动力学基础，静力学平衡，生物力学基础思考题：1.运动学的概念2.动力学基础、静力学平衡、生物力学基础三者的联系与区别3.如何进行能量代谢的测量？教学方法：多媒体教学，课堂讲授第二章骨骼肌肉系统运动学4学时第一节骨运动学 1学时知识点：骨的运动学基础，骨的运动适应性第二节肌肉运动学1学时知识点：肌肉的运动学基础，肌肉的运动适应性第三节关节运动学2学时知识点：肩、肘、腕、手、脊柱、髋与骨盆、膝、踝、足和足弓本章小结重点：骨运动学，肌肉运动学，关节运动学难点：关节运动学思考题：1.人体四大关节的系统运动学教学方法：多媒体教学，课堂讲授，案例讨论第三章运动与心肺功能6学时第一节运动对心肺功能的影响2学时知识点：心血管系统对运动的反应和适应，呼吸系统对运动的反应和适应，有氧、无氧运动，耐力运动处方第二节心肺功能评定基础2学时知识点：运动试验，肺通气功能评定，最大摄氧量评定，乳酸阈评定第三节心肺功能异常与运动2学时知识点：高血压与运动，冠心病与运动，慢性阻塞性肺疾病与运动本章小结重点：运动对心肺功能的影响，心肺功能评定基础，心肺功能异常与运动难点：耐力运动处方，乳酸阈评定，高血压与运动，慢性阻塞性肺疾病与运动思考题：1.心肺功能评定基础包括哪几个方面？2.高血压病人运动后可能出现的症状教学方法：多媒体教学，课堂讲授，案例讨论第四章运动控制与步态4学时第一节与运动相关的神经系统结构与反射2学时知识点：大脑皮质的主要运动区，运动传导通路，反射第二节运动控制的调节1学时知识点：运动控制的调节，影响运动控制的因素第三节运动控制1学时知识点：姿势控制，上肢控制，行走运动控制本章小结重点：与运动相关的神经系统结构与反射，运动控制的调节，运动控制的分类难点：大脑皮质的主要运动区，运动传导通路思考题：1.运动传导通路有哪几部分组成？2.影响运动控制的因素教学方法：多媒体教学，课堂讲授三、考核方式及成绩评定平时成绩：考勤作业讨论提问；1.占平时成绩权重：考勤25%、作业25%、讨论25%、提问25%。
步行与移动能力的训练概述PPT课件
临床特点
1 平行杠内重心转移良好
2 可以维持单腿站立
3 具有骨盆运动控制能力
4 立位下肢分离运动充分
康复目标
1 拄拐独立步行
2 徒手独立步行
3 室内独立安全步行
4 上下阶梯
5复杂地面的独立步行
6 室外独立步行
训练方法
1 平行杠内步行训练
首先将平行杠高度调节在与患者股骨大转子相同的位置。步行模式
此外，周围神经损伤导致的下肢屈肌肌力低下者，在摆动期躯干也会因代偿而后 倾。无论导致后倾的原因如何，其结果都是利用反向负荷模式完成的动作。因此，为 了矫正步态应进行躯干后倾的抑制训练。
（三） 躯干侧倾
躯干侧倾是由于一侧下肢于支撑中期躯干与髋外展肌反向控制不充分，或对侧下肢 髋关节内收受限时，利用反向负荷而引起的代偿动作。这种异常的动作模式很容易使 下肢尽快的完成摆动，双足着地以确保平衡。这也是不行中健侧摆动期（迈步相）变 短的主要原因之一。与躯干前倾相比，侧倾更容易发生。但是，如果患者能单腿站立 保持侧方平衡，躯干侧倾的情况就会减少。
前型，后型，平型。手杖也可根据稳定性从大到小依次分为肘拐，四脚拐，手杖
三种。训练中还要注意重点练习步行的稳定性，在此基础上提高耐力和速度。
3 控制双肩步行训练
治疗师位于患者身后，双侧轻轻搭在患者肩上（拇指在后，四指在前）当患肢处于 支撑期，健侧下肢摆动时，在足跟着地前肩胛骨向后方旋转，可以防止足外旋。当患 肢处于摆动期时，治疗师诱发患者双上肢呈对角线方向有节奏地自然摆动可使躯干旋 转，为出现正常步态创造条件。
5 特殊步行训练
(1)向患侧横向迈步训练
治疗师立于患侧，一手置于患侧腋窝，使患侧躯干伸展，另一手置于健侧骨盆， 使患者身体重心移向患肢，然后嘱患者健侧下肢从患肢前方横向迈出。
第四章 运动控制与步态 第一节 反射
降落伞反应（parachute reaction）
人在垂直位置后急剧
下落，则四肢外展、 伸展、足趾展开，呈 现与地面扩大接触的 准备状态，将该反应 称为降落伞反应。
指在水平方向急速运
防御反应（protective reaction）
动时产生的平衡反应。 如站立时，突然将身 体向后推，则踝关节、 足趾背屈，上肢向前 上方举起。如将身体 推向一侧，则对侧上 下肢外展。该反应包 括坐位、立位、膝立 位反应等。
将头部转向一侧，则 头转向侧上下肢伸展， 背向侧上下肢屈曲， 该反射称为非对称性 紧张性颈反射。其上 肢和头部的朝向类似 体育比赛中的“击剑” 姿势。
紧张性迷路反射 （tonic labyrinth reflex, TLR）
指内耳椭圆囊和球囊的传入冲 动对躯体伸肌紧张性的调节反 射。即仰卧位时全身伸肌紧张， 俯卧位时四肢屈肌紧张。因此， 为了防止诱发和强化脑卒中患 者的下肢伸肌痉挛，在脑卒中 早期，摆放患者体位的时候， 应尽量避免仰卧位。 Bobath、Brunnstrom等人主张 利用姿势反射调整肌张力，改 善动作或姿势，其方法的机制 与脑干等水平的反射密切相关。
静力反射
①迷路翻正反射 ②颈翻正反射 ③躯干翻正反射 静力-动力反射 ①保持运动中身体的平衡和矫正身体位置的反射 ②头和眼的旋转反射
迷路翻正反射
通过迷路接受空间
感觉而诱发的反应。 与躯干位置无关， 当遮住双眼，切断 颈髓后根，只要迷 路正常，头就能调 整成正常位置。可 保持终生。
阴性反应
交互抑制（reciprocal inhibition）
如果某一肌的伸展反射(伸 肌兴奋)，而引发其拮抗的 肌 (屈肌)松弛，称交互抑 制。其原因是Ⅰa 类传入 纤维的传入冲动可以通过 Ⅰa 纤维的侧支与中间神 经元连接，与其他协同肌、 拮抗肌运动神经元形成联 系以兴奋协同肌，抑制拮 抗肌，表现为交互抑制。
运动的控制
大脑皮层发起冲动时，下行通路至皮层大脑调 存储程序，回输到大脑皮层运动区，通过皮脊 束与皮层脑干束发生运动。
在运动过程中，小脑既接受来自皮层的冲动， 又接受来自周围深感觉和外感受器的输入信息，
因此对皮层始发的运动起“错误监测器”的作 用，控制上下肢精确运动的计划和协调。小脑 也是运动学习和启动运动的重要部位。
脊髓后索病变
常见病因：亚急性脊髓联合变形， VitB12缺乏。英国病人Ringner。 功能障碍特点：本体感觉障碍重，走路 踩棉花感，感觉性共济失调，伴有双下 肢无力、周围神经损伤。 康复要点：本体感觉刺激，负重、躯干 平衡训练，肌力强化训练，可通过视觉 辅助修正训练。
脊髓前角病变
常见原因：运动神经元病（ALS）、脊 髓灰质炎 功能障碍特点：既有软瘫（上肢多见）、 又有中枢性瘫（下肢多见），受累肌肉 无力、功能障碍，有肌肉束颤。 康复要点： ALS以维持功能和能力训练 为主，训练量过大会加速神经元变性， 加速病情恶化。
脑干整合的姿势反射：有紧张性反射、 翻正反射等来参与姿势控制。
4) 脊髓对运动的控制
脊髓与脑的各部分之间有广泛的联系， 在正常状况下，脊髓的许多活动是在脑 的控制下完成的，但脊髓本身也能完成 许多反射活动。来自大脑的轴突通过两 条通路与脊髓联系。
不同部位损伤所致功能障碍特点
不同部位损伤所致功能障碍特点
旁中央小叶
旁中央小叶损伤
双侧旁中央小叶损伤最常见的原因：上矢状窦 脑膜瘤 功能障碍特点： 双下肢运动功能障碍，小腿力弱为主，踝关节 伸屈均无力。 多无肌张力和关节活动改变。 伴有大小便功能障碍。 康复训练重点：下肢负重、肌力强化训练、诱 发踝关节背伸屈曲和强化训练。
额叶损伤
步行的运动机能学及步态分析
胫前肌
胫前肌
• 踝关节背屈 • 首次触地至承重反应结束：足跟着地时，胫前肌离心性收 缩，以控制踝关节跖屈角度，防止在足放平时出现足前部 拍击地面的情况 • 足离地至再次触地：足趾离地时，胫前肌再次收缩，控制 或减少踝关节的跖屈角度，使足廓清动作能够顺利完成
小腿三头肌
小腿三头肌
• 踝关节跖屈 • 踝关节负重并固定时，腓肠肌收缩可以牵拉股骨下端和胫
步态分析
• 定性分析
– 通过目测观察病人行走过程，按照一定的观察项目，逐
项评价得出结果，做出步态分析的结论
• 定量分析
– 通过器械或专门的设备获得的客观数据，对步态进行分
析的方法
– 包括：运动学分析、动力学分析、表面肌电图等
步态的定性分析
分析内容
• 病史：判断步态障碍的前提
– 既往手术、损伤、神经病变等
自然步态的生物力学因素
• 具备控制肢体前向运动的肌力或机械能
– 控制身体的前向进程 – 在足触地时有效地吸收机械能，以减小撞击
• 支撑相
– 合理的肌力及髋膝踝角度(重力方向) – 充分的支撑面(足的位臵)
• 摆动相
– 足够的推进力 – 充分的下肢地面廓清
– 合理的足触地姿势控制
步行中的肌群活动
• 肌肉活动是步行动力的基础因素
• 步行中，重心沿一条正弦曲线上下、左右移动，在单腿支
撑期达到最高点、双腿支撑期达到最低点 • 减少行走过程中身体重心的位移可降低能耗
骨盆的活动
• 为减少重心的上下及侧向移动，使运动更平稳，降低能耗 ，骨盆也配合步行周期做左右旋转、左右倾斜及侧向移动
– 最大前旋：同侧足跟着地时，幅度约8°
– 最大后旋：同侧支撑中期，幅度约8°
运动控制和学习PPT课件
闭环控制模型
closed执-l行o控o制p器control
model
错误纠正
↓
命令
↓
各种运动参数（方向、 速度等）
↓
肌肉活动
↓
运动
错误检测 反馈
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闭环控制模型
• 强调外周感觉信息反馈
用于提高运动的效率和准确性
• 对输出反应的反馈调节（负、正反馈） • 学习或掌握新技术中采用此模式获取运动 • 强调学习者的主动控制、修正和调节实现运动控制
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（3）优势现象
在中枢神经系统内，当某一中枢受 到较强刺激，其兴奋水平不断提高， 这个提高兴奋水平的中枢，称兴奋优 势灶，它能综合其他中枢扩散而来的 兴奋，提高其自身的兴奋水平，对其 临近中枢却发生抑制作用。
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（4）反馈
是中枢神经系统高位和低位中枢之 间的一种相互联系、促进、制约的方式。 神经元之间的环路联系是反馈作用的结 构基础。反馈活动有2种，使原有活动 加强和持久的正反馈，使原有活动减弱 或终止的负反馈，起到促进活动出现， 保持活动适度，防止活动过度的作用 （运动、激素的反馈调节）。
运动控制
• 为调节或者管理动作的能力。 • 肢体精确完成特定功能活动的能力
• 狭义：上运动神经元体系对肢体运动的精确控制，涉及大脑皮质、小脑、脑 干网状结构、前庭等。
• 广义：还包括下运动神经元病变、骨关节病变和神经-肌肉病变的参与。
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运动控制的内涵
• 中枢神经系统（CNS）需要将许多单块肌肉组织起来，并把他们联合起来形成协调 的功能性动作；
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脑 干 层 面 的 姿 势 反 射
第四章感觉系统对运动控制的作用教学教材
部可以用这些感觉来形成认知、活
记忆动及学习。Fra bibliotek听觉 听课
运动觉
• 例子：听课时，需要听觉、视觉、 运动觉、记忆、注意等的协调统合。
注意
视觉
视觉
听觉
触觉
本体感觉
感觉信息整合
输入
脑干、内 耳前庭平 衡系统 组织、分析、决策
大脑皮质
搜索
筛选、加工、解释
事物的认识
大脑指挥各系统协同完成动作 感觉统合的脑机制图
视觉与动作预判
1）视觉与动作预判 2）视觉与平衡 3）视觉和行走
视觉在动作操作中占主导
点击输 入标题
11
第三节 听觉与动作控制
听觉是声波作用于听觉器官，使其感受细胞兴奋 并引起听神经的冲动发放传入信息，经各级听觉 中枢分析后引起的感觉。
一般来说，听觉信息的传递速度比视觉信息要快，但视觉 信息比听觉信息更为重要。
在体育教学和运动训练中，应该充 分发挥听觉信息的反馈作用。
12
第四节 本体感觉与运动控制
1、本体感受器及其信息传输
在此录入上述图表的描述说明，在此 录入上述图表的描述说明，在此录入 上述图表的描述说明。
2、本体感觉反馈
在此录入上述图表的描述说明，在此 录入上述图表的描述说明，在此录入 上述图表的描述说明。
• Ayres认为： 环境中存在着各种各样的刺激，人的大脑通过感觉系统
（包括视、听、嗅、味、触、本体感等）搜集周围环境中 的这些信息，将他们整合起来，形成知觉，以便大脑能够 及时有效地对刺激做出适当的反应。这一过程我们称之为 感觉统合。
各种刺激
形成感觉
大脑做出反应
大脑对其进行统合
形成知觉 发出指令
第四章感觉系统对运动控制的作用
50-80毫秒
耗时大约30秒）
2020
触发反应
触发反应案例：酒杯效应
指通过各种感受器 80-200毫秒
引起的，在一个或
密切相关的几个肌
肉组织间预先组织
的协调反应。
10
第二节 视觉与动作控制
01 02 03 总结
视觉信息
1）中央视觉与外周视觉 2）背侧视觉与复测视觉 3）触前时间
视觉反馈时间
视觉反馈的加工时间与动作快慢关系 视觉信息的加工可能是间歇的，使用时间非常短的
(二
感觉统合的重要性
在人们的日常生 活中，人类所有 的动作和行为都 与大脑神经系统 感觉统合的功能 有关。
完成这些动作和 行为都是大脑神 经系统感觉统合 的结果。
小结
• 当个体想要运动，学习，游戏，
表达时，脑部必须把这些感觉全部
组织好。脑部要寻找出感觉的位置
和种类，并下命令。当众多感觉的
流通顺畅或整体性的统合得当，脑
• 脊髓小脑后束向上经小脑下脚进入小脑 • 脊髓小脑前束。升至脑桥向上经小脑上脚进入小脑。 • 以上第2级神经元传导躯干（除颈部外）和下肢的本体感觉。
• 第2级神经元——颈膨大部第VI、VII层和延髓的楔束副核
• 发出的第2级纤维也经小脑下脚进入旧小脑皮质传导上肢和 颈部的本体感觉。
本体感觉与平衡功能
视觉与动作预判
1）视觉与动作预判 2）视觉与平衡 3）视觉和行走
视觉在动作操作中占主导
点击输 入标题
11
第三节 听觉与动作控制
听觉是声波作用于听觉器官，使其感受细胞兴奋 并引起听神经的冲动发放传入信息，经各级听觉 中枢分析后引起的感觉。
一般来说，听觉信息的传递速度比视觉信息要快，但视觉 信息比听觉信息更为重要。
运动技能学习与控制
新方法
击
中
目
标
旧方法
的
次
数
1234
5
67
8 9 10 1 2
3
10组练习
3种迁移测试
动作协调性
第一天
第三天
第二天 第四天
四、运动技能的内隐学习
点击进入
第9章 学习的阶段
新方法
击
中
目
标
旧方法
的
次
数
1234
5
67
练习
8 9 10
1、费茨和包斯纳模型
刺激数量与反应时间的关系
(ms)
700 600 500 400 300 200 100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
刺激—应答变化数量
二、应激和激活下的决策绩效
应激和激活是指由压力所引起的兴奋或激 动水平。
倒“U”曲线
运动成绩
低
唤醒水平
高
倒“U”原则：
提高激活会提高绩效，但只到某个水平。 激活水平再提高就会降低绩效。 需要高难度的决策和很好的运动控制的任务，
加工类型
平行
注意需求
无
选择应答动作 大
平行和系列 有时
组织发动动作 无
系列 有
3、反应时间和决策制定
反应时（reaction time, RT）
短跑起跑
乒乓球接发球
4、影响反应时间和决策制定的因素
刺激—应答变化的数量 刺激—应答相容性 练习的数量 预测
预测的好处 预测的开销 预测的策略
heights) 视觉和抓住动作(vision and catching) 视觉和击打运动着的物体 (vision and batting
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跨步长（stride length）：是指同一足的足跟相继 触地之间的距离
步长（step length） ：是指不同足的足跟相继触 地之间的距离
步态分析的时空参数
步宽（step width）：是指两次连续的足触地时双 侧足弓之间的距离，通常是7～9cm
开始时（步态周期的73％）
关节运动学——矢状面运 动
踝关节在矢状面的运动
当足跟触地时，踝关节处于轻度的跖屈（0 °～5°） 在足跟触地后不久，足平放于地面 当胫骨前移越过支撑足时，踝背屈增加到10°
（步态周期的8％～45％） 在足跟离地不久（步态周期的40%），踝关节开
始跖屈，最大到15°～20°，一直到足趾离地 在摆动阶段，踝关节再次背屈到中立位以使足趾
足角（foot angle）：是身体前进的方向与足的长 轴之间的夹角，正常人大约是7°
步态分析的时空参数
步频（stride rate）：是对步态最基本的时间描述 ， 即每分钟的步数
步态周期：一个完整步态循环的时间
步时：完成左或右足一步的时间
通常情况下对称的步态其步时决定于步频，步时是步 频的倒数。
一旦开始行走，身体向前的动力会使身体的重心向 前越过足的位置，这样就迫使另一只足向前一步。 通过双足连续的、交替的移动而使身体向前进。
只要身体还在向前移动，这种流畅的、受控制的恢 复平衡的行为会一直持续。
当足的位置阻碍了身体向前移动的动力，并且在双 足支撑的静止时期恢复平衡，行走就停止了。
身体重心垂直的转移
有屈髋关节肌明显挛缩的病人在支撑期的后半 部分（步态周期的30％～60％ ）就会出现极其 严重的骨盆前倾
关节运动学——矢状面运 动
髋关节在矢状面的运动
正常行走时，髋关节大约需要30°的前屈和 10°的后伸
运动幅度与行走速度呈正相关 有髋部活动受限的病人在行走时也许不会出
现步态的偏离，这是由于骨盆和腰椎的运动 可对减少的髋部运动进行代偿
踝背屈受限也会影响摆动阶段的足趾离地。为了 代偿，就必须增加髋或膝关节的屈曲
关节运动学——矢状面运 动
第一跗跖关节在矢状面的运动
可进行轻度的跖屈和背屈，以便在行走时为足内侧纵 弓提供灵活性。
关节运动学——矢状面运 动
第一跖趾关节在矢状面的运动
足跟触地时，第一跖趾关节呈轻度的过伸位 从足跟触地后不久到足跟离地，第一跖趾关节处于相
水平面：研究很有限
关节运动学
矢状面运动
关节运动学——矢状面运 动
骨盆在矢状面的运动
向前、后倾斜的范围是很小的（大约为2°～4°） 发生在髋部（骨盆与股骨间的屈伸）和腰骶关
节（骨盆与腰椎间的屈伸）
骨盆在整个步态周期中的运动模式就类似两个 完整波形的正弦波
骨盆的运动范围会随着行走速度的增加而增加
动能和潜能
最大运动能量在双下肢支撑期（步态周期的5％～55％）
最小运动能量在支撑中期（步态周期的30％～80％），
潜能是指地心引力作用于身体重量和身体重心的高度 时所产生的能。而动能由潜能补给
关节运动学
矢状面：关节的角旋转主要发生在矢状面
冠状面：重心旋转非常重要，特别是在髋关节 和距下关节
对的中立位 从足跟离地到足趾离地前，第一跖趾关节处于45°～
55°的过伸位 在支撑阶段的后半期和摆动初期，该关节屈曲从而位
回到中立位
关节运动学——矢状面运 动
第一跖趾关节在矢状面的运动
软组织的损伤，可导致第一跖趾关节过伸 受限，例如关节的扭伤或退形性改变，均 可引起明显的“外八字”步态。导致不能 有效地前移，还会增加膝关节和足内侧结 构的压力
在垂直方向，每一个步态周期中身体重心可由 两个完整的正弦波来描述
身体重心的最低点发生于两侧下肢支撑期的中点（步态周期的5 ％和55％）
身体重心的最高点发生于两次单下肢支撑期的中点（步态周期 的30％和80％）
身体重心的横向Βιβλιοθήκη 移行走时身体重心的横向转移形成了在水平方向的正 弦波
身体重心在右侧的最远点发生于右下肢支撑阶段的中点（步态 周期的30％）
完全离地
关节运动学——矢状面运 动
踝关节跖屈受限可能会导致前移推动力下降，也 可能会导致步长缩短
如果由于跟腱挛缩导致支撑期不充分的踝背屈， 可能引起不完全的足跟离地，导致“跳跃”步态 ， 限制了身体的前移，步长也会缩短
患有马蹄足畸形的病人，以过度伸直的足趾行走， 而足跟却不能触地，最常见于脑瘫患者
身体重心在左侧的最远点发生于左下肢支撑阶段的中点（步态 周期的80％）。
动能和潜能
尽管从表面上看，步行以一个恒定的前进速度进行 的，但事实上每一步的速度都在发生变化。当处于 支撑阶段的下肢位于身体重心的前方时，速度就慢 下来。相反，当处于支撑阶段的下肢位于身体重心 的后方时，速度就快起来。
因此，在支撑中期，一旦身体上移至支撑下肢，它 就达到它的最低速度；在双下肢支撑期，一旦身体 从支撑下肢下移并尚未上移至对侧下肢时，它就达 到它的最高速度。最小运动能量在支撑中期（步态 周期的30％～80％）
步态分析的时空参数
站立与摆动阶段
步态周期的阶段划分
站立与摆动阶段的分期
支撑阶段 ：
摆动阶段
足跟触地
早期摆动
足平放
中期摆动
中期支撑
末期摆动
足跟离地
足趾离地
站立与摆动阶段
身体重心的转移与控制
行走可被定义为一系列的失衡与恢复平衡。在行走 初期身体是向前倾斜的，为了防跌，需要把另一只 足向前移到一个新的位置而暂时的恢复平衡。
关节运动学——矢状面运 动
膝关节在矢状面的运动
当足跟触地时，膝关节大约屈曲5° 在步态周期的前15％，再屈曲10°～15° 之后膝关节逐渐伸直到几乎完全的伸直位一直
到足跟离地（步态周期的40％） 膝关节开始屈曲，到达大约35°的屈曲角度时，
足趾离地（步态周期的60％） 最大膝关节屈曲角度为60°，是发生在摆动中期
第四章 运动控制与步态
内容
第一节 与运动相关的神经系统结构与反射 第二节 运动控制的调节 第三节 运动控制
第三节 运动控制
学习内容
一
姿势控制
二
上肢控制
三 行走运动控制
行走运动控制
步态分析的时空参数 身体重心的转移与控制 关节运动学 肌运动学 步态控制机制 步态异常
步态分析的时空参数