Diff-MSM：用于同时识别人类肌肉和骨骼参数的可微肌骨生物力学模型
机器人学
2025-08-20 v1 人工智能
摘要
高保真的人体肌肉骨骼模型对于模拟物理耦合的人机交互系统的真实行为至关重要，并且对于在实际部署前通过仿真验证其安全关键应用至为必要，例如通过机器人外骨骼进行人机协同运输和康复。确定主体特定的Hill型肌肉模型参数和骨骼动力学参数对于个性化肌肉骨骼模型至为重要，但由于难以直接体内测量内部生物力学变量（尤其是关节力矩），这一任务极具挑战性。本文提出使用可微肌骨生物力学模型（Diff-MSM）通过端到端自动微分技术，从可测量的肌肉激活，通过关节力矩，直至结果可观测运动，同时识别其肌肉和骨骼参数，而无需测量内部关节力矩。通过大规模比较仿真，结果表明，我们提出的方法在肌肉参数估计方面显著优于最先进的基线方法，尤其是在准确估计肌肉参数方面（即使以均值为真实值的10%标准偏差的正态分布进行初始抽样，也能使估计值的平均百分比误差降至0.05%）。除了人体肌肉骨骼建模和仿真之外，Diff-MSM的这种新的参数识别技术还为肌肉健康监测、康复和运动科学带来了巨大的潜力应用前景。
关键词
引用
@article{arxiv.2508.13303,
title = {Diff-MSM: Differentiable MusculoSkeletal Model for Simultaneous Identification of Human Muscle and Bone Parameters},
author = {Yingfan Zhou and Philip Sanderink and Sigurd Jager Lemming and Cheng Fang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.13303},
year = {2025}
}
备注
8 pages, 7 figures