[发明专利]考虑形态变化的肌肉时变力学建模方法、装置、电子设备

权利要求书

1.一种考虑形态变化的肌肉时变力学建模方法，其特征在于，包括步骤：

肌肉主动张力建模：在模型中心设置中央肌肉纤维主动收缩内芯(2)，其具有肌肉主动收缩的能力以及具有恒体积假设的性质；在所述中央肌肉纤维主动收缩内芯(2)外围设置被动弹性外膜结构(1)，其长度随动用以表征肌肉具有的弹性性质，根据主动张力与肌肉长度的关系采用分段线性拟合或采用指定函数拟合得到不同伸缩率下的主动张力；

肌肉被动张力建模：根据肌肉主动张力建模时所得模型在伸缩/拉伸前后的长度、半径、被动弹性外膜结构(1)厚度值计算得到所得模型的被动张力；

肌肉弹性模量拟合：根据被动弹性外膜结构(1)的弹性模量与长度、当前被动张力的关系式，通过多组数据拟合得到被动弹性外膜结构(1)的弹性模量；

弹性组织建模：在所述模型的两端设置弹性组织结构(3)，所述弹性组织结构(3)用以连接肌肉纤维与骨骼，体现肌肉纤维两端含有的弹性纤维和无定形基质，是肌肉纤维组织外部轴向弹性的主要承担者，同时，所述弹性组织结构(3)还用于承担整体肌肉组织长度固定后肌肉依旧能够持续收缩的弹性形变。

2.根据权利要求1所述的考虑形态变化的肌肉时变力学建模方法，其特征在于，所述根据肌肉主动张力建模时所得模型在伸缩/拉伸前后的长度、半径、被动弹性外膜结构(1)厚度值计算得到所得模型的被动张力具体包括步骤：

假设肌肉纤维组织原长为l₀，半径为r₀，被动弹性外膜结构厚度为h₀，在肌肉伸缩/拉伸后肌肉纤维组织长度为l_t，半径为r_t，被动弹性外膜结构厚度为h_t，则被动弹性外膜结构(1)体积V_c与中央肌肉纤维主动收缩内芯(2)体积V_s分别为：

其中：

计算伸长状态下被动弹性外膜结构(1)横截面积S_cht为

S_cht＝πh_t(h_t+2r_t)

因此被动张力F_s可以表示为：

3.根据权利要求1所述的考虑形态变化的肌肉时变力学建模方法，其特征在于，所述根据被动弹性外膜结构(1)的弹性模量与长度、当前被动张力的关系式，通过多组数据拟合得到被动弹性外膜结构(1)的弹性模量具体包括步骤：

假设弹性模量是关于长度以及当前被动力的二次函数，因此弹性模量可描述为：

E_t＝f(F_N,ε)＝aF_N²+bε²+cF_Nε+dF_N+eε；

其中E_t为任意时刻t的弹性模量，N为数据组数，F_N为当前最大合力值，ε为应变，a、b、c、d、e为待拟合系数；

选取N组数据(F_N,ε)，对变弹性模量进行系数拟合，其中N≥5。

4.根据权利要求3所述的考虑形态变化的肌肉时变力学建模方法，其特征在于，

拟合时，考虑到被动力大小的平方与应变的平方在数量级上差异大，将拟合量进行相应放大或缩小以保证每一项在数量级上的一致性，从而提高拟合精度减小拟合误差。

5.根据权利要求4所述的考虑形态变化的肌肉时变力学建模方法，其特征在于，所述弹性组织结构(3)作为单一材料进行假设，其张力与应变的关系为：

其中，F为张力大小，E为弹性组织结构(3)的弹性模量，l_t为拉伸后长度，l₀为原长，S_t为弹性组织结构(3)横截面积。