Co je to prostorová kinematika?

Prostorová kinematika se používá k popisu pohybu objektu v trojrozměrném prostoru. Příkladem prostorové kinematiky je ohyb kolene v kloubu nebo pohyb robotické paže.

Představte si ohýbání paže. Jak byste změřili vzdálenost jeho pohybu? Měřili byste od špičky prstů nebo lokte? Když se paže ohýbá, její části se pohybují dolů, části se pohybují nahoru. Jakým směrem se pohybuje? Různé části paže se pohybují různými rychlostmi. Jak můžete měřit, jak rychle se pohybuje?

Na rozdíl od základní kinematiky, která studuje pohyb objektů podél přímek, je prostorová kinematika složitější. V základní kinematice potřebujete k popisu pohybu pouze dva pevné body, začátek a konec. Například auto jedoucí po rovné silnici mezi dvěma městy. Pomocí těchto dvou bodů můžete změřit rychlost, rychlost, délku jízdy a vzdálenost cesty. V prostorové kinematice musí být pohyb objektu měřen z řady bodů podél celého rozsahu pohybu.

Použitím více než jednoho pevného bodu mohou vědci a inženýři rozložit trojrozměrný pohyb na matici jednorozměrných pohybů. Tato měření jsou pak zapojena do vzorců, které jim umožňují vědecky popsat, jak se objekt pohybuje.

Prostorová kinematika je velmi důležitá v oblasti robotiky. Aby se robot naprogramoval tak, aby natáhl ruku a něco chytil, přichází do hry mnoho složitých vzorců. Pohyb robotické paže nedochází na jediné přímce. Řada mechanismů musí vyvinout určitou sílu v určitém směru, aby paži posunula do určité vzdálenosti od robota.

Lékaři také používají prostorovou kinematiku ke studiu pohybu lidí s protetickými končetinami. V jedné studii byl ve zdravotnickém středisku Walter Reed Army Medical Center pacientovi pokryté světlo emitujícími diodami a filmováno speciální kamerou, když šli s protetickou nohou. Snímky byly vloženy do počítače a diody byly použity k vytvoření modelu pohybu pacienta. Každá dioda by mohla představovat pevný bod a umožnila lékařům objektivně měřit, jak se pacient pohyboval protézou.