在机械臂的设计与制造中,借助仿生思想是一种重要思路。肌肉是驱动人体关节活动的主要驱动器,作为一类生物软材料,肌肉对于软体机械臂的研发起着借鉴作用,而肌肉力学模型的建立对于探索生物肌肉作动机理的研究是十分重要的。近年来,随着仿生控制的机械臂尤其是人工肌肉驱动的智能机械臂的广泛使用,分析生物骨骼肌作动原理、建立力学模型将对机械臂的设计工作提供参考依据。本文以分析肌肉力学特性,建立体现肌肉时变作动力特性并能包含作动过程中形态学特征的肌肉力学模型为目的,建立了一套以主动张力及被动张力为基础的具备时变作动力特性的含体积肌肉力学模型。根据该模型进行人体肘关节相关肌肉及肌群发力情况的分析计算,得到人体肌肉发力作动规律。对于特殊的一些未能从生物学上给出发力规律的肌肉,本文给出几种假设条件,并分别对几种假设下的情况进行计算,并形成肌肉力学建模对机械臂结构设计、驱动排布设计以及制造等环节的指导性意见。文章从如下几方面开展相关工作:1、分析软体机械臂驱动形式,指出借助对肌肉的仿生一方面可以提高机械臂性能,并且可以实现更加精确、智能化的控制方法。通过分析肌肉力学建模的相关资料,分析建立具有时变作动力特性的肌肉力学模型所需的关键技术,为开展模型的建立提供依据。2、对肌节这一肌肉最小收缩单位,进行具备时变作动力特性的力学建模。分析肌肉收缩过程中粗细肌丝滑移产生收缩的原理,建立主动张力-主动收缩内芯（IAC）结构,根据肌肉材料本身被动力特性,建立被动张力-外围弹性层（OEM）结构。并通过实验数据,完成主动张力与被动张力的表达式拟合,为全肌肉模型的建立奠定基础。3、将肌节模型进行串联,并增加两端弹性组织,建立骨骼肌整体的具备时变作动力特性的肌肉力学模型。分析计算单元段数量对计算结果的影响,并通过算例计算得到骨骼肌收缩过程中相关指标的变化,揭示骨骼肌收缩过程中的生理现象背后的数学依据。通过对等长收缩和等张力收缩两种典型的肌肉收缩过程的研究,进一步验证模型的适用性。4、建立研究面对点连接骨骼肌的并联肌肉模型,并根据已有模型对人肘关节肌肉及肌群机型分析,对于肌肉发力导致的关节刚度变化也进行了初步探索。对于机械臂中多驱动器驱动的情况,以肱肌为研究对象,建立多肌肉并联模型,分析并联肌肉发力规律,计算不同发力假设条件下肌肉束发力变化情况。建立肘部关节简化模型,对于屈肘肌的与伸肘肌的受力情况进行分析计算,并在此基础上对于肌肉发力对关节刚度的影响进行了相关公式的推导,证明了肌肉拮抗是提高关节广义刚度的一种有效途径。