Hva er romlig kinematikk?

Romlig kinematikk brukes for å beskrive bevegelsen til et objekt i tredimensjonalt rom. Knebøyning i leddet eller bevegelse av en robotarm er eksempler på romlig kinematikk.

Se for deg en arm som bøyes. Hvordan vil du måle avstanden til bevegelsen? Vil du måle fra fingerspissen eller albuen? Når en arm bøyer seg, beveger deler av den seg ned, deler av den beveger seg opp. Hvilken retning beveger den seg? Ulike deler av armen beveger seg i forskjellige hastigheter. Hvordan kan du måle hvor raskt den beveger seg?

I motsetning til grunnleggende kinematikk, som studerer bevegelse av objekter langs rette linjer, er romlig kinematikk mer sammensatt. I grunnleggende kinematikk trenger du bare to faste punkter, start og mål, for å beskrive bevegelse. En bil som kjører en rett vei mellom to byer, for eksempel. Med disse to punktene kan du måle hastighet, hastighet, varighet av kjøreturen og reiseavstanden. I romlig kinematikk må bevegelsen til et objekt måles fra en rekke punkter langs hele bevegelsesområdet.

Ved å bruke mer enn ett fast punkt, kan forskere og ingeniører bryte ned tredimensjonal bevegelse til en matrise av endimensjonale bevegelser. Disse målingene kobles deretter til formler som lar dem vitenskapelig beskrive hvordan et objekt beveger seg.

Romlig kinematikk er veldig viktig innen robotikk. For å programmere en robot for å forlenge armen og ta tak i noe, kommer mange komplekse formler i spill. Bevegelsen av en robotarm skjer ikke på en rett linje. En serie mekanismer må utøve en spesifikk mengde kraft i en bestemt retning for å bringe armen til en viss avstand fra roboten.

Leger har også brukt romlig kinematikk for å studere bevegelse av mennesker med protesebein. I en studie, ved Walter Reed Army Medical Center, ble en pasient dekket med lysdioder og filmet med et spesielt kamera mens de gikk med et protesebein. Bildene ble matet inn i en datamaskin og dioden ble brukt til å danne en modell for pasientens bevegelse. Hver diode kunne representere et fast punkt og lot legene objektivt måle hvordan en pasient beveget seg med en protese.