医工交叉作为科技进步的新兴方向受到医学、体育学、仿生学等诸多学科的青睐。此外,在许多机械领域的工作环境中,为了确保工人的安全和提高工作效率,需要深入研究人与机器的交互作用。将先进的医疗器械和科学的信息处理技术结合,为人类研究和改善人体自身诸多功能提供了新思路。肌肉是生物体动力的源泉,运动过程中肌肉力的动力学特性是生物力学和仿生学研究的主要内容之一。可是,活体实验的难度较大,直接测量肌肉力较为困难。因此,本文从工程学角度出发对肌肉力学特性进行了分析,这对科学发展有非常重要的意义。首先,行走过程双侧腿周期对称,可将人体简化为含足骨、胫骨、股骨以及胯骨四个肢段和髋膝踝三个关节的四肢段三关节模型,并在模型上标定下肢肌肉起止点在相应肢段的位置。然后,将肌拉力线简化为直线模型,肌肉起点与止点在空间上的直线距离即为肌肉长度。在行走过程中,分别在足尖建立基坐标系和在各关节处建立局部坐标系,利用旋转矩阵中的D-H参数法,得到肌肉起止点相对于基坐标系的空间位置,进而得到起止点在空间的直线距离。在计算肌肉力时,将肌肉力分解为主动肌肉力和被动肌肉力。主动肌肉力与肌肉长度、肌肉收缩速度以及肌肉激活程度有关,被动肌肉力仅与肌肉长度有关。利用肌肉长度-张力关系、肌肉速度-张力关系等理论公式计算出行走过程下肢各肌肉的肌肉力。最后,量取测试者的骨骼长度,并且在关节处放置角度传感器来获取关节角度等实验数据,对肌肉长度与肌肉力的计算方法加以验证。本科研工作避免了以活体为研究对象的实验手段,而是以工程学的角度解决医学问题。在得到人体步态数据后,以理论公式为基础,计算出了行走过程中下肢各主要肌肉的肌肉长度及肌肉力,并以开源软件opensim为参考验证了计算结果的正确性,为智能假肢、助行机器人等康复医学领域提供理论支持。