6、肌肉力计算方法与可变刚度关节设计

肌肉力计算方法与可变刚度关节设计

肌肉力计算方法

肌肉模型与方程

肌肉纤维与肌腱呈一定角度（羽状角α）串联且偏离轴线。肌 - 腱复合体的总长度$L_{MT}$可表示为：
$L_{MT} = L_{T} + L_{M} \cos(\alpha)$
其中，$L_{T}$是肌腱长度，$L_{M}$是肌肉纤维长度。

每个执行器的动态收缩由一阶微分方程描述：
$\dot{F} {MT} = \frac{\partial F {MT}}{\partial t} = K_{T} (V_{MT} - V_{M} \cos(\alpha))$
这里，$V_{MT}$是肌 - 腱速度，$V_{M}$是肌肉纤维速度，$K_{T}$是肌腱的刚度系数。

为了估计动态收缩过程中的肌 - 腱力，每个肌 - 腱由一个包含三个微分方程的系统建模：
$\begin{cases}
\dot{u} = (e - u) (K_{1}e + K_{2}) \
\dot{F} {MT} = K {T} (V_{MT} - V_{M} \cos(\alpha)) \
\dot{L} {M} = V {M}
\end{cases}$
其中，$(u, F_{MT}, L_{M})$是该数学模型的输出，$e$是输入变量。

实验过程与结果

以肘部屈曲运动为研究对象，屈曲角度从 0°到 120°。具体步骤如下：
1. 数据采集 ：采集参与肘部屈曲的肱二头肌和肱