Kas ir telpiskā kinemātika?

Iedomājieties rokas saliekšanu. Kā jūs izmērītu tā kustības attālumu? Vai jūs mērītu no pirkstu galiem vai elkoņa? Kad roka noliecas, tās daļas virzās uz leju, daļas virzās uz augšu. Kādā virzienā tas virzās? Dažādas rokas daļas pārvietojas ar atšķirīgu ātrumu. Kā jūs varat izmērīt, cik ātri tas pārvietojas?

Atšķirībā no pamata kinemātikas, kas pēta objektu kustību pa taisnām līnijām, telpiskā kinemātika ir sarežģītāka. Kinemātikā, lai aprakstītu kustību, jums ir nepieciešami tikai divi fiksēti punkti, sākums un finišs. Piemēram, automašīna, kas brauc pa taisnu ceļu starp divām pilsētām. Ar šiem diviem punktiem jūs varat izmērīt tā ātrumu, ātrumu, brauciena ilgumu un brauciena attālumu. Telpiskajā kinemātikā objekta kustība jāmēra no punktu virknes visā kustības diapazonā.

Izmantojot vairāk nekā vienu fiksētu punktu, zinātnieki un inženieri var sadalīt trīsdimensiju kustību vienas dimensijas kustību matricā. Pēc tam šie mērījumi tiek pievienoti formulām, kas ļauj tiem zinātniski aprakstīt, kā objekts pārvietojas.

Telpiskā kinemātika ir ļoti svarīga robotikas jomā. Lai ieprogrammētu robotu izstiept roku un kaut ko satvert, tiek izmantotas daudzas sarežģītas formulas. Robota rokas kustība nenotiek vienā taisnā līnijā. Mehānismu virknei ir jāpieliek noteikts spēka daudzums noteiktā virzienā, lai nogādātu roku noteiktā attālumā no robota.

Ārsti ir izmantojuši arī telpisko kinemātiku, lai pētītu cilvēku kustību ar protēzēm. Kādā pētījumā Valtera Rīda armijas medicīnas centrā pacients tika pārklāts ar gaismas diodēm un filmēts ar īpašu kameru, kad viņš staigāja ar protēžu kāju. Attēli tika ievadīti datorā, un diodes tika izmantotas, lai izveidotu pacienta kustību modeli. Katra diode varēja attēlot fiksētu punktu un ļāva ārstiem objektīvi izmērīt, kā pacients pārvietojas ar protēzi.