Cinemàtica inversa

La cinemàtica és la descripció formal del moviment. Un dels objectius de la mecànica més bàsica és identificar les forces que actuen sobre un objecte puntual i després aplicar-hi la cinemàtica per determinar-ne el moviment. Idealment, la posició de l'objecte es pot determinar en tot moment. Per a objectes no puntuals, (sòlids rígids o d'altres), el moviment de rotació s'afegeix a la cinemàtica lineal amb el mateix objectiu: identificar les forces i trobar-ne les equacions de moviment per establir la posició del centre de massa i l'orientació de l'objecte en qualsevol moment.

La cinemàtica inversa és el procés de determinació dels paràmetres d'un objecte flexible articulat (una cadena cinemàtica) per tal d'obtenir una posició desitjada. La cinemàtica inversa permet determinar el moviment de totes les parts de l'objecte quan se'n coneix el moviment d'una o més parts, però no les forces que el generen. La cinemàtica inversa és rellevant en l'animació de videojocs o en 3D, per tal de fer que el moviment dels personatges sigui coherent.

Un exemple senzill és el següent: suposem que estem en una cruïlla i estem darrere d'un camió de remolc i el camió vol girar a la dreta. Quan s'encén la llum verda el conductor del camió es mou al llarg d'un camí , r (t) , però és evident que les rodes del remolc es mouen al llarg d'una altra ruta d'accés r '(t) . La cinemàtica inversa pot ser utilitzada per a determinar r '(t) de tr () , més la restricció que la longitud del remolc és una constant, i el procés no requereix cap coneixement de les forces que actuen entre els objectes.

La cinemàtica inversa és la branca de la robòtica que s'ocupa de l'estudi i l'aplicació del procés de determinació dels paràmetres d'un objecte flexible per tal d'aconseguir un plantejament desitjat.

Una figura articulada consta d'un conjunt de segments rígids connectats amb articulacions. Plural i de les articulacions dels rendiments d'un nombre indefinit de configuracions. La solució al problema de la cinemàtica, tenint en compte aquests angle, és el posat de la figura. La solució al problema més difícil. Cinemàtica inversa és trobar els angles d'articulació donada la configuració desitjada de la figura (és a dir, efector final). En el cas general no existeix una solució analítica per al problema de la cinemàtica inversa. No obstant això, la cinemàtica inversa pot ser resolt a través de programació lineal tècniques. Certes cadenes cinemàtiques especials-aquells amb un nina esfèrica permís de cinemàtica dissociació. Aquest tracta de l'efector final 's orientació i la posició independent i permet una eficient solució de forma tancada.

Cinemàtica inversa és una eina utilitzada amb freqüència pels artistes de 3D. Sovint és més fàcil per a un artista per expressar l'aspecte espacial desitjada en comptes de manipular directament els angles articulars. Per exemple, la cinemàtica inversa permet a un artista per moure la mà d'un model 3D humà a la posició desitjada i l'orientació i té un algorisme de seleccionar l'angle adequat del canell, el colze i articulacions de les espatlles.

Per exemple, quan un vol arribar a una maneta de la porta, el seu cervell ha de fer el necessari càlculs fins que les seves extremitats i el tors de manera que la mà localitza prop de la porta. El principal objectiu és moure la mà, però les articulacions múltiples i complexos de diverses articulacions ha de passar a donar la mà a la ubicació desitjada. El mateix passa amb molts tecnològics aplicacions, cinemàtica inversa matemàtiques els càlculs s'han de realitzar per articular les extremitats de la manera correcta per assolir els objectius desitjats. Un exemple de cinemàtica inversa càlculs són sovint essencials és robòtica, on un operador vol posicionar una instrument mitjançant un braç robot, però certament no vol manipular cada robot conjunta individualment. Altres aplicacions inclouen l'animació per ordinador on els animadors ho desitja, pot operar un personatge generat per ordinador, però els resulta impossible difícil d'animar cada articulació. La solució és el model de les articulacions virtual del titella i permetre que l'animador per moure les mans, peus i tors, i l'ordinador genera automàticament les posicions de les extremitats per aconseguir-ho utilitzant cinemàtica inversa.

La clau per a la implementació reeixida de la cinemàtica inversa és animació dins de les limitacions: les extremitats caràcters equip "ha de comportar dins raonable antropomorfisme antropomorf límits. De la mateixa manera, dispositius robòtics tenen limitacions físiques, com l'entorn en què operen, les limitacions de les articulacions de les seves articulacions són capaços de, i les càrregues físiques i finit velocitats a les que estan en condicions d'operar.

L'[ikfast http://openrave.programmingvision.com/index.php?title=Component:Ikfast] programa pot resoldre per complet de les solucions d'anàlisi de la majoria dels robots manipuladors comú i generar codi C++per a ells. Els solucionadors generats cobreixen la majoria dels casos degenerats i pot acabar en microsegons en els equips recents.

Altres aplicacions d'algorismes de cinemàtica inversa incloure la manipulació interactiva, control d'animació i anticol.

Vegeu tambéModifica

Enllaços externsModifica