传统机器人在面对外界扰动时,难以实现快速响应。本文针对人体直立抗扰过程中踝关节的肌肉反射控制策略,结合OpenSim仿真和人体直立抗扰实验,对肌肉反射控制展开深入研究。主要的研究内容如下:(1)搭建基于OpenSim的直立抗扰仿真平台。对人体进行力学分析,得到人体的动力学模型。研究人体的肌肉结构和力学模型,结合现有肌肉骨骼模型,调整模型参数。研究正向动力学仿真引擎,在OpenSim的仿真中实现模型的静态直立状态。(2)设计基于肌肉反射的控制器。为实现肌肉骨骼模型的直立抗扰平衡,对人体的牵张反射机理进行研究,完成基于肌肉长度和速度控制的牵张反射控制器。在外界扰动下,模型可重新恢复平衡。结合人体直立抗扰实验,对比分析仿真和实验数据,误差均在允许范围内,验证了仿真的有效性。(3)探究肌肉力正反馈和延时环节对牵张反射控制的影响。在牵张反射的基础上,分析肌肉力正反馈环节和延时环节对牵张反射的作用,实现牵张反射控制器。以此为基础,完善肌肉反射控制器。对比分析牵张反射和完整的肌肉反射控制下的仿真数据,发现肌肉力正反馈可提升踝关节刚度,延迟环节会降低模型直立的稳定性。(4)研究前馈环节对肌肉反射控制的影响。向肌肉反射控制器加入前馈环节,结合人体直立抗扰实验,与仿真数据进行对比分析。结果表明,前馈环节可降低延时对人体直立的影响。本文研究了人体神经控制系统中的肌肉反射机理,及其在人体与外界交互中的快速响应机制,可为智能仿生关节作动器的控制器设计提供理论参考。