Was ist Raumkinematik?

Die räumliche Kinematik beschreibt die Bewegung eines Objekts im dreidimensionalen Raum. Ein Kniebeugen am Gelenk oder die Bewegung eines Roboterarms sind Beispiele für räumliche Kinematik.

Stellen Sie sich einen Arm vor, der sich biegt. Wie würden Sie die Entfernung seiner Bewegung messen? Würden Sie von der Fingerspitze oder dem Ellbogen messen? Wenn ein Arm gebeugt wird, bewegen sich Teile davon nach unten und Teile davon nach oben. In welche Richtung bewegt es sich? Verschiedene Teile des Arms bewegen sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Wie können Sie messen, wie schnell es sich bewegt?

Im Gegensatz zur Basiskinematik, bei der die Bewegung von Objekten entlang gerader Linien untersucht wird, ist die räumliche Kinematik komplexer. In der Grundkinematik benötigen Sie nur zwei feste Punkte, den Anfang und das Ende, um die Bewegung zu beschreiben. Ein Auto zum Beispiel, das eine gerade Straße zwischen zwei Städten fährt. Mit diesen beiden Punkten können Sie die Geschwindigkeit, die Geschwindigkeit, die Fahrtdauer und die Fahrstrecke messen. In der räumlichen Kinematik muss die Bewegung eines Objekts aus einer Reihe von Punkten über den gesamten Bewegungsbereich gemessen werden.

Mit mehr als einem Fixpunkt können Wissenschaftler und Ingenieure dreidimensionale Bewegungen in eine Matrix eindimensionaler Bewegungen zerlegen. Diese Messungen werden dann in Formeln eingefügt, mit denen wissenschaftlich beschrieben werden kann, wie sich ein Objekt bewegt.

Die räumliche Kinematik ist in der Robotik von großer Bedeutung. Um einen Roboter so zu programmieren, dass er seinen Arm ausstreckt und etwas ergreift, kommen viele komplexe Formeln ins Spiel. Die Bewegung eines Roboterarms erfolgt nicht auf einer einzigen geraden Linie. Eine Reihe von Mechanismen muss eine bestimmte Kraft in eine bestimmte Richtung ausüben, um den Arm auf eine bestimmte Entfernung vom Roboter zu bringen.

Ärzte haben auch räumliche Kinematiken verwendet, um die Bewegung von Menschen mit Prothesen zu untersuchen. In einer Studie im Walter Reed Army Medical Center wurde ein Patient mit Leuchtdioden bedeckt und mit einer speziellen Kamera beim Gehen mit einer Beinprothese gefilmt. Die Bilder wurden in einen Computer eingespeist und die Dioden wurden verwendet, um ein Modell der Bewegung des Patienten zu bilden. Jede Diode könnte einen festen Punkt darstellen und es den Ärzten ermöglichen, objektiv zu messen, wie sich ein Patient mit einer Prothese bewegte.

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