Vad är rumslig kinematik?

Rumslig kinematik används för att beskriva rörelsen hos ett objekt i tredimensionellt rymd. Ett knäböj vid leden eller rörelsen av en robotarm är exempel på rumslig kinematik.

Föreställ dig en arm som böjer sig. Hur skulle du mäta avståndet för dess rörelse? Skulle du mäta från fingerspetsen eller armbågen? När en arm böjs, rör sig delar av den ner, delar av den rör sig upp. Vilken riktning går det? Olika delar av armen rör sig i olika hastigheter. Hur kan du mäta hur snabbt det rör sig?

Till skillnad från grundläggande kinematik, som studerar rörelsens föremål längs raka linjer, är rumslig kinematik mer komplex. I grundläggande kinematik behöver du bara två fasta punkter, start och mål, för att beskriva rörelse. En bil som kör en rak väg mellan två städer, till exempel. Med dessa två punkter kan du mäta hastighet, hastighet, körningens längd och körsträckan. I rumslig kinematik måste rörelsen hos ett objekt mätas från en serie punkter längs hela rörelsens område.

Genom att använda mer än en fast punkt kan forskare och ingenjörer dela upp tredimensionell rörelse till en matris med en dimensionell rörelse. Dessa mätningar ansluts sedan till formler som gör att de vetenskapligt kan beskriva hur ett objekt rör sig.

Spatial Kinematics är mycket viktigt inom området robotik. För att programmera en robot för att utsträcka armen och ta tag i något, kommer många komplexa formler att spela. Förflyttningen av en robotarm sker inte på en enda rak linje. En serie mekanismer måste utöva en viss mängd kraft i en specifik riktning för att föra armen till ett visst avstånd från roboten.

Läkare har också använt rumslig kinematik för att studera människors rörelse med protesben. I en studie vid Walter Reed Army Medical Center täcktes en patient med ljusdioder och filmades med en speciell kamera när de gick med ett protesben. Bilderna matades in i en dator och dioderna användes för att bilda en modell för patientens rörelse. Varje diod kunde representera en fast punkt och gjorde det möjligt för läkarna att objektivt mäta hur en patient rörde sig med en protes.