cinemática inversa
En animación por computadora y robótica , la cinemática inversa es el proceso matemático de calcular los parámetros de unión variables necesarios para colocar el final de una cadena cinemática , como un manipulador de robot o el esqueleto de un personaje de animación , en una posición y orientación dadas en relación con el inicio de la cadena. Dados los parámetros de unión, la posición y la orientación del extremo de la cadena, por ejemplo, la mano del personaje o del robot, normalmente se pueden calcular directamente mediante múltiples aplicaciones de fórmulas trigonométricas, un proceso conocido como cinemática directa . Sin embargo, la operación inversa es, en general, mucho más desafiante. [1]
La cinemática inversa también se utiliza para recuperar los movimientos de un objeto en el mundo a partir de otros datos, como una película de esos movimientos o una película del mundo tal como lo ve una cámara que está realizando esos movimientos. Esto ocurre, por ejemplo, cuando los movimientos filmados de un actor humano deben ser duplicados por un personaje animado .
En robótica, la cinemática inversa hace uso de las ecuaciones cinemáticas para determinar los parámetros de articulación que proporcionan una configuración deseada (posición y rotación) para cada uno de los efectores finales del robot . [2] Determinar el movimiento de un robot para que sus efectores finales se muevan de una configuración inicial a una configuración deseada se conoce como planificación de movimiento . La cinemática inversa transforma el plan de movimiento en trayectorias de actuador conjuntas para el robot. Fórmulas similares determinan las posiciones del esqueleto de un personaje animado.es decir, moverse de una manera particular en una película, o de un vehículo como un automóvil o un bote que contiene la cámara que está filmando una escena de una película. Una vez que se conocen los movimientos de un vehículo, se pueden usar para determinar el punto de vista en constante cambio de las imágenes generadas por computadora de objetos en el paisaje, como edificios, de modo que estos objetos cambien en perspectiva mientras que ellos mismos no parecen moverse como el vehículo. la cámara pasa junto a ellos.
El movimiento de una cadena cinemática , ya sea un robot o un personaje animado, está modelado por las ecuaciones cinemáticas de la cadena. Estas ecuaciones definen la configuración de la cadena en términos de sus parámetros de articulación. La cinemática directa utiliza los parámetros de articulación para calcular la configuración de la cadena, y la cinemática inversa invierte este cálculo para determinar los parámetros de articulación que logran la configuración deseada. [3] [4] [5]
El análisis cinemático es uno de los primeros pasos en el diseño de la mayoría de los robots industriales. El análisis cinemático permite al diseñador obtener información sobre la posición de cada componente dentro del sistema mecánico. Esta información es necesaria para el análisis dinámico posterior junto con las rutas de control.
La cinemática inversa es un ejemplo del análisis cinemático de un sistema restringido de cuerpos rígidos o cadena cinemática . Las ecuaciones cinemáticas de un robot se pueden utilizar para definir las ecuaciones de bucle de un sistema articulado complejo. Estas ecuaciones de bucle son restricciones no lineales sobre los parámetros de configuración del sistema. Los parámetros independientes en estas ecuaciones se conocen como los grados de libertad del sistema.
