運動學
可操作度橢球
可操作度橢球是畫在機械臂手部的一個被壓扁的小氣球,用來顯示從當前位置出發,手在每個方向上活動起來有多容易。氣球被拉得又長又鼓的方向,就是手能又快又輕鬆移動的方向;氣球被掐得又細又癟的方向,則是移動起來遲緩而費力的方向,因為關節得拼命轉動,才能讓手挪動一點點。
它來自一個樸素的想法:設想讓機器人的關節按各種可能的組合一起轉動,但始終把關節的總速度保持在同樣溫和的量上,再看看手最終能往哪兒走。把所有這些能達到的手部速度收集起來,就描出一個橢球——一個像雞蛋或薄餅的形狀。又胖又圓、像皮球的形狀,說明機械臂正處在舒展靈活的姿態,朝任何方向運動都大體一樣順手。而又扁又長、像雪茄、並正塌成一張薄盤或一條線的形狀,則是一個警告:機械臂正變得彆扭,在被掐細的那個方向上,它幾乎已經失去了移動的能力。
工程師把這個形狀當作對某個姿態的快速體檢。在規劃機械臂該如何去夠某樣東西時,他們常常引導它走向橢球更圓的姿態,讓手在每個方向上都保持靈巧,避開那些侷促、近乎僵死、連精細操控都會瓦解的構型。
把你自己的胳膊筆直伸出去,再試著把手往前推得更遠——它幾乎紋絲不動,因為肘部已經伸到頭鎖死了。可它往上、往下、往兩側擺動都很輕鬆。這時你手部的可操作度橢球,就是一張薄薄的薄餅:在向前的方向上幾乎壓平,在其他所有方向上則很寬闊。
完全伸直的手臂沿自身長度方向移動很差,但側向移動尚可——這就是一個被壓扁的橢球。
當橢球塌成一張薄盤或一條線時,機械臂正處於或接近運動學奇異點——一種丟失了某個運動方向的姿態。
又稱
另見