Cinemática Inversa

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Cinemática Inversa
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Concepto:Técnica que permite determinar el movimiento de una cadena de articulaciones para lograr que un actuador final se ubique en una posición concreta.

Análisis Cinemático

La cinemática inversa se refiere a la utilización de las ecuaciones cinemáticas de un robot para determinar los parámetros comunes que proporcionan una posición deseada del efector final. Especificación del movimiento de un robot de manera que su extremo efector logra una tarea deseada es conocido como planificación de movimientos. La cinemática inversa transforma el plan de movimiento en trayectorias del actuador en conjuntos para el robot. El movimiento de una cadena cinemática si se trata de un robot o un personaje animado es modelada por 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 comunes para calcular la configuración de la cadena, y la cinemática inversa invierte este cálculo para determinar los parámetros de conjuntos que logra una configuración deseada.

También puede ser el proceso de cálculo de la posición en el espacio del extremo de una estructura ligada, dados los ángulos de todas las articulaciones. Es fácil, y sólo hay una solución. Cinemática inversa hace lo contrario. Teniendo en cuenta el punto final de la estructura, lo que los ángulos de las articulaciones qué necesidad de estar en el punto final que alcanzar. Puede ser difícil, y por lo general hay muchos o infinitas soluciones. Este proceso puede ser extremadamente útil en la robótica. Es posible que tenga un brazo robótico que tiene que agarrar un objeto. Si el software sabe dónde está el objeto en relación con el hombro, simplemente se necesita el cálculo de los ángulos de las articulaciones para llegar a él.

Cinemática inversa y animación 3D

La cinemática inversa es importante para la programación de juegos y animación en 3D, donde se utiliza para conectar físicamente los personajes del juego para el mundo, tales como recepción de pies firmemente en la parte superior del terreno. Una figura animada se modela con un esqueleto de segmentos rígidos conectados con las articulaciones, llama una cadena cinemática. Las ecuaciones cinemáticas de la figura definen la relación entre los ángulos de las articulaciones de la figura y su pose o configuración. El problema de la animación de cinemática directa es que utiliza las ecuaciones cinemáticas para determinar la postura dado los ángulos articulares. El problema de cinemática inversa calcula los ángulos de articulación para una pose deseada de la figura. A menudo es más fácil para los diseñadores basados en computadoras, artistas y animadores para definir la configuración espacial de un conjunto o una cifra en las partes móviles o los brazos y las piernas, en lugar de manipular directamente los ángulos articulares. Por lo tanto, la cinemática inversa se utiliza en los sistemas de diseño asistido por ordenador para animar las asambleas y de los artistas y animadores por computadora basados en datos de posición y caracteres. El conjunto se modela como eslabones rígidos conectados por articulaciones que se definen como compañeros o restricciones geométricas. Movimiento de un elemento requiere el cálculo de los ángulos de la articulación de los otros elementos para mantener las restricciones conjuntas. Por ejemplo, la cinemática inversa permite a un artista para mover la mano de un modelo humano 3D con una posición y orientación deseada y tiene un algoritmo de selección de los ángulos apropiados de la muñeca, el codo y articulaciones de los hombros. La implementación exitosa de la animación por ordenador por lo general también requiere que las cifras se mueven dentro de los límites razonables antropomorfas.

Herramientas para resolver problemas de cinemática inversa

Algunas herramientas como OpenRave utilizan un método denominado IKFast para solucionar problemas de cinemática inversa. IKFast puede resolver analíticamente las ecuaciones de la cinemática de cualquier cadena cinemática compleja, y generar el código en un lenguaje específico, como C++, para su uso posterior. El resultado final es extremadamente estable y ofrece un tiempo de respuesta de unos pocos microsegundos.

Fuente

www.kramirez.net/Robotica/Material/.../CinematicaInversaRobot.pdf

www.aurova.ua.es/robolab/EJS2/RRR_Intro_3.htm

www.esi2.us.es/~vivas/ayr2iaei/CIN_ROB.pdf

proton.ucting.udg.mx/materias/robotica/r166/r83/r83.htm