In computer animation and robotics, inverse kinematics is the mathematical process of calculating the variable joint parameters needed to place the end of a kinematic chain, such as a robot manipulator or animation character's skeleton, in a given position and orientation relative to the start of the chain. Given joint parameters, the position and orientation of the chain's end, e.g. the hand of the character or robot, can typically be calculated directly using multiple applications of trigonometric formulas, a process known as forward kinematics. However, the reverse operation is, in general, much more challenging.[1][2][3]
Inverse kinematics is also used to recover the movements of an object in the world from some other data, such as a film of those movements, or a film of the world as seen by a camera which is itself making those movements. This occurs, for example, where a human actor's filmed movements are to be duplicated by an animated character.
En robótica, la cinemática inversa hace uso de las ecuaciones cinemáticas para determinar los parámetros de las articulaciones que proporcionan una configuración deseada (posición y rotación) para cada uno de los efectores finales del robot . [4] Esto es importante porque las tareas del robot se realizan con los efectores finales, mientras que el esfuerzo de control se aplica a las articulaciones. Determinar el movimiento de un robot para que sus efectores finales se muevan desde una configuración inicial a una configuración deseada se conoce como planificación del movimiento . La cinemática inversa transforma el plan de movimiento en trayectorias conjuntas del actuador del robot. [2] 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 barco que contiene la cámara que está filmando una escena de una película. Una vez que se conocen los movimientos de un vehículo, se pueden utilizar para determinar el punto de vista en constante cambio de imágenes generadas por computadora de objetos en el paisaje, como edificios, de modo que estos objetos cambien de perspectiva sin que parezcan moverse a medida que avanza el vehículo . la cámara pasa por ellos.
El movimiento de una cadena cinemática , ya sea un robot o un personaje animado, se modela mediante las ecuaciones cinemáticas de la cadena. Estas ecuaciones definen la configuración de la cadena en términos de sus parámetros conjuntos. La cinemática directa utiliza los parámetros de las articulaciones para calcular la configuración de la cadena, y la cinemática inversa invierte este cálculo para determinar los parámetros de las articulaciones que logran una configuración deseada. [5] [6] [7]
El análisis cinemático es uno de los primeros pasos en el diseño de la mayoría de 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 grados de libertad del sistema.