Co to jest kinematyka przestrzenna?

Kinematyka przestrzenna służy do opisu ruchu obiektu w przestrzeni trójwymiarowej. Zgięcie kolana w stawie lub ruch ramienia robota są przykładami kinematyki przestrzennej.

Wyobraź sobie zginanie ramienia. Jak zmierzyłbyś odległość jego ruchu? Czy zmierzyłbyś od czubka palców lub łokcia? Kiedy ramię zgina się, jego części poruszają się w dół, części w górę. W jakim kierunku się porusza? Różne części ramienia poruszają się z różnymi prędkościami. Jak zmierzyć, jak szybko się porusza?

W przeciwieństwie do podstawowej kinematyki, która bada ruch obiektów wzdłuż linii prostych, kinematyka przestrzenna jest bardziej złożona. W podstawowej kinematyce potrzebujesz tylko dwóch stałych punktów, początku i końca, aby opisać ruch. Na przykład samochód jadący prostą drogą między dwoma miastami. Za pomocą tych dwóch punktów można zmierzyć jego prędkość, prędkość, czas trwania podróży i odległość podróży. W kinematyce przestrzennej ruch obiektu musi być mierzony od szeregu punktów wzdłuż całego zakresu ruchu.

Używając więcej niż jednego stałego punktu, naukowcy i inżynierowie mogą rozbić ruch trójwymiarowy na matrycę ruchów jednowymiarowych. Pomiary te są następnie podłączane do wzorów, które pozwalają im naukowo opisać ruch obiektu.

Kinematyka przestrzenna jest bardzo ważna w dziedzinie robotyki. Aby zaprogramować robota do wyciągania ramienia i chwytania czegoś, w grę wchodzi wiele skomplikowanych formuł. Ruch ramienia robota nie występuje na pojedynczej linii prostej. Szereg mechanizmów musi wywierać określoną siłę w określonym kierunku, aby ramię znalazło się w pewnej odległości od robota.

Lekarze wykorzystują także kinematykę przestrzenną do badania ruchu ludzi z kończynami protetycznymi. W jednym z badań w Centrum Medycznym Armii Waltera Reeda pacjent był przykryty diodami elektroluminescencyjnymi i filmowany specjalną kamerą podczas chodzenia protetyczną nogą. Obrazy wprowadzono do komputera, a diody wykorzystano do stworzenia modelu ruchu pacjenta. Każda dioda może reprezentować stały punkt i pozwalać lekarzom na obiektywny pomiar ruchu pacjenta za pomocą protezy.