仿生膝关节垂向运动非线性动力学研究

Nonlinear Dynamics of Vertical Motion of Bionic Knee Joint

基于膝关节结构和活动特性,建立一类带有间隙-弹性约束的两自由度碰撞振动系统模型,模拟人体在垂向自由落地过程中股骨与胫骨之间的碰撞运动。本论述用四阶Runge-Kutta数值积分法,结合分岔图、相图、时间历程图,研究该系统在低频条件下的非线性运动规律,讨论了阻尼系数C对系统冲击振动特性的影响。结果表明,膝关节间的阻尼存在与否对系统的结构稳定性具有重要影响,无阻尼的情况下更容易产生混沌。对该系统动力学行为的仿真分析,为仿生人工假腿的优化设计提供了理论依据。