Что такое пространственная кинематика?

Пространственная кинематика используется для описания движения объекта в трехмерном пространстве. Сгибание колена в суставе или движение роботизированной руки являются примерами пространственной кинематики.

Представьте, что рука сгибается. Как бы вы измерили расстояние его движения? Вы бы измеряли от кончиков пальцев или локтя? Когда рука сгибается, ее части движутся вниз, а некоторые - вверх. В каком направлении он движется? Различные части руки движутся с разными скоростями. Как вы можете измерить, как быстро он движется?

В отличие от базовой кинематики, которая изучает движение объектов по прямым линиям, пространственная кинематика является более сложной. В базовой кинематике для описания движения вам нужны только две фиксированные точки: начало и конец. Например, автомобиль, едущий по прямой дороге между двумя городами. С помощью этих двух точек вы можете измерить его скорость, скорость, продолжительность и расстояние. В пространственной кинематике движение объекта должно измеряться от ряда точек по всему диапазону движения.

Используя более одной фиксированной точки, ученые и инженеры могут разбить трехмерное движение на матрицу одномерных движений. Эти измерения затем включаются в формулы, которые позволяют им научно описать, как движется объект.

Пространственная кинематика очень важна в области робототехники. Чтобы запрограммировать робота, чтобы он вытягивал руку и что-то захватывал, в игру вступают многие сложные формулы. Движение роботизированной руки происходит не по одной прямой линии. Ряд механизмов должен прилагать определенную силу в определенном направлении, чтобы поднять руку на определенное расстояние от робота.

Врачи также используют пространственную кинематику для изучения движения людей с протезами конечностей. В одном исследовании, в Военном медицинском центре им. Уолтера Рида, пациент был покрыт светоизлучающими диодами и снимали на камеру специальной камерой, когда они шли с протезом ноги. Изображения подавались в компьютер, а диоды использовались для формирования модели движения пациента. Каждый диод мог представлять фиксированную точку и позволял врачам объективно измерять, как пациент двигался с протезом.