МЫШЦЫ РОБОТА
З. І. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЫШЦЫ [1-5, 41]
Для некоторых применений роботов необходимо моделировать работу мышцы человека. Поэтому представляется интересным рассмотреть динамические характеристики человеческой мышцы.
Соотношение между силой F, развиваемой нагруженной мыш - цой в движении, и скоростью ее движения V может быть выражено следующим образом:
|
|
|
тах1 + kViVma>_ |
|
max |
где s — относительное возбуждение, равное отношению действующего возбуждения к максимальному; Fm№ — максимальная сила; Vmax—-максимальная скорость; k—постоянная.
|
|
|
Рис. 3,2. Зависимость момента вращения от скорости для усредненного локтевого сустава для максимального выхода (У), протезного устройства (2) и нормы (S) |
|
Рис. 3-І. Зависимость скорости движения от усилия, развиваемого мышцей |
|
Типичная кривая зависимости момента вращения от скорости для локтевого сустава взрослого мужчины показана на рис. 3.2 [6, 33, 34]. Протезные устройства обычно дают характеристику, проходящую намного ниже этой кривой. Тем не менее эта характеристика близка к характеристике, которую можно рассматри- |
Графическая зависимость, соответствующая этому выражению, представлена на рис. 3.1, где k выбрано равным 5.
вать как норму, что и показано на рис. 3.2. Отметим, что кривая постоянной мощности представляет собой равнобочную гиперболу (рис. 3.1) и что в большинстве случаев средняя мощность, развиваемая мышцой человека, равна 20 Вт.
Кривая, полученная экспериментальным путем, лежит несколько ниже кривой постоянной мощности, поскольку постоянная мощность соответствует постоянному значению произведения силы на скорость.
Полученное соотношение между силой и скоростью может быть выражено также следующим образом:
(F 4- а) (V + Ь) = const = b (F0 - f - а) = a (V0 + Ъ),
где а и b — постоянные; Fа—сила при V = 0; V0—скорость при F = 0. Постоянная а приблизительно равна FJ3. Максимальное значение мощности задается выражением
|
|
полученным дифференцированием и приравниванием к нулю.
Кремер в обзоре литературы о физической силе человека [44] показал, как быстро уменьшается выносливость при возрастании мышечного усилия. Нелинейное соотношение между статическим напряжением и длиной мышцы рассматривалось Инманом и Ралстоном [47].
