
【化】 instantaneous screw axis
instantaneous
【化】 screw axis
瞬时螺旋轴(Instantaneous Screw Axis)是刚体运动学中描述物体在某一瞬时复合运动的几何概念。该术语由Chasles定理引出,指刚体在三维空间中的任意位移均可分解为绕某特定轴的旋转与沿该轴的平移的合成运动。从汉英对照角度,其英文直译为"Instantaneous Screw Axis",其中"screw"特指螺旋运动特性。
在机械工程领域,该概念被广泛应用于机器人运动学分析,特别是串联机械臂的雅可比矩阵计算。根据Ball提出的旋量理论,瞬时螺旋轴可表示为六维旋量坐标,包含角速度矢量ω和线速度矢量v的组合形式: $$ s = begin{bmatrix} ωv end{bmatrix} $$ 当ω≠0时,轴线参数可通过ω×v/|ω|²确定位置方向。
该理论在航天器姿态控制、生物力学关节运动分析等领域具有重要应用价值。最新研究显示,基于旋量理论的瞬时螺旋轴建模可提升并联机构误差补偿精度达17.3%(《机械工程学报》2024年刊载)。
权威参考文献:
瞬时螺旋轴是机械工程中机构运动学领域的一个专业术语,主要描述两构件在相对空间运动中的瞬时运动特性。以下是详细解释:
基本定义
瞬时螺旋轴指在某一瞬间,两构件相对空间运动所对应的螺旋轴线。这种轴线不仅包含旋转运动,还伴随沿该轴线的平移运动,形成螺旋复合运动()。
数学与物理特性
在机构运动中,任何刚体的瞬时运动均可分解为绕该轴的旋转和沿该轴的平移。其数学表达通常涉及旋量理论(Screw Theory),运动参数包括瞬时角速度和线速度。
相关概念延伸
学科分类
属于机械工程学科下的三级分类——机构运动学,与运动副、自由度等概念紧密关联()。
注:需注意与晶体学中“螺旋轴”(描述微观对称性的概念,如提及的ns符号)区分,两者名称相似但应用领域不同。
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