Wat is ruimtelijke kinematica?

Ruimtelijke kinematica wordt gebruikt om de beweging van een object in een driedimensionale ruimte te beschrijven. Een knie die buigt bij het gewricht of de beweging van een robotarm zijn voorbeelden van ruimtelijke kinematica.

Stel je een arm voor die buigt. Hoe zou u de afstand van zijn beweging meten? Zou je meten vanaf de top van de vingers of de elleboog? Wanneer een arm buigt, gaan delen ervan omlaag, delen ervan omhoog. Welke richting gaat het op? Verschillende delen van de arm bewegen met verschillende snelheden. Hoe kun je meten hoe snel het beweegt?

In tegenstelling tot basiskinematica, die de beweging van objecten langs rechte lijnen bestudeert, is ruimtelijke kinematica complexer. In de basiskinematica hebt u slechts twee vaste punten nodig, het begin en het einde, om beweging te beschrijven. Een auto die bijvoorbeeld een rechte weg tussen twee steden rijdt. Met deze twee punten kunt u de snelheid, snelheid, reisduur en de reisafstand meten. In ruimtelijke kinematica moet de beweging van een object worden gemeten vanuit een reeks punten langs het gehele bewegingsbereik.

Door meer dan één vast punt te gebruiken, kunnen wetenschappers en ingenieurs driedimensionale bewegingen opdelen in een matrix van eendimensionale bewegingen. Die metingen worden vervolgens in formules gestoken waarmee ze wetenschappelijk kunnen beschrijven hoe een object beweegt.

Ruimtelijke kinematica is erg belangrijk op het gebied van robotica. Om een ​​robot te programmeren om zijn arm uit te strekken en iets vast te pakken, spelen veel complexe formules een rol. De beweging van een robotarm vindt niet plaats op een enkele rechte lijn. Een reeks mechanismen moet een specifieke hoeveelheid kracht in een specifieke richting uitoefenen om de arm op een bepaalde afstand van de robot te brengen.

Artsen hebben ook ruimtelijke kinematica gebruikt om de beweging van mensen met prothetische ledematen te bestuderen. In één onderzoek, in het Walter Reed Army Medical Center, werd een patiënt bedekt met lichtgevende dioden en gefilmd met een speciale camera terwijl ze liepen met een beenprothese. De beelden werden in een computer ingevoerd en de diodes werden gebruikt om een ​​model van de beweging van de patiënt te vormen. Elke diode zou een vast punt kunnen vertegenwoordigen en de artsen in staat stellen objectief te meten hoe een patiënt met een prothese bewoog.