
【化】 holonomic constraint
在汉英词典视角下,“完整约束”对应的专业英文术语为holonomic constraint,指系统中所有约束条件均可表示为仅依赖于系统广义坐标和时间、且不含广义速度的方程形式。该概念在经典力学、机器人学和控制理论中具有核心地位,其数学表达与物理特性如下:
完整约束要求系统所受的约束可写作: $$ f(mathbf{q}, t) = 0 $$ 其中 $mathbf{q} = (q_1, q_2, dots, q_n)$ 为广义坐标,$t$ 为时间。此类约束显著降低系统自由度,且可通过坐标变换直接消除。例如,平面上滚动的纯滚动轮因存在速度约束(非完整约束),而固定于曲柄滑块机构的连杆运动则受完整约束限制。
特性 | 完整约束 | 非完整约束 |
---|---|---|
数学形式 | $f(mathbf{q}, t) = 0$ | $g(mathbf{q}, dot{mathbf{q}}, t) = 0$ |
自由度减少 | 直接减少独立坐标数 | 不减少独立坐标数,但限制速度空间 |
可积性 | 天然可积 | 通常不可积 |
实例 | 刚体内部固定距离、铰链连接 | 车辆非侧滑转向、宇宙飞船角动量守恒 |
在多体动力学中,完整约束用于描述机构(如四连杆机构)的几何耦合关系,直接影响运动学正解建模 。
机械臂关节角受限构成完整约束,需在构型空间求解无碰撞路径 。
完整约束定义状态变量的可行域,是轨迹优化问题的边界条件依据 。
Goldstein, H. (2002). Classical Mechanics (3rd ed.). Addison-Wesley. (第1章详述约束分类)
Murray, R. M., Li, Z., & Sastry, S. S. (1994). A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation. CRC Press. (第6章分析机器人约束)
中文术语 | 英文术语 | 定义 |
---|---|---|
完整约束 | Holonomic constraint | 仅依赖坐标与时间的可积约束方程 |
非完整约束 | Nonholonomic constraint | 依赖速度且不可积的微分约束 |
广义坐标 | Generalized coordinates | 描述系统位形的独立参数集 |
注:因未搜索到可直接引用的在线词典资源,以上内容综合经典力学教材与机器人学专著定义,建议进一步查阅纸质/电子学术文献以验证术语细节。
“完整约束”在不同领域有不同解释,以下是两种主要场景下的详细说明:
在经典力学中,完整约束(holonomic constraint)指满足以下条件的约束系统:
在数据库系统中,完整约束(integrity constraint)是用于保证数据正确性、一致性和有效性的规则,主要包括以下类型:
维度 | 物理/力学中的完整约束 | 数据库完整性约束 |
---|---|---|
作用对象 | 质点或刚体的运动自由度 | 数据库表中的数据规则 |
表现形式 | 几何限制或可积分的微分方程 | SQL语句定义的具体规则(如主键、外键) |
典型应用场景 | 机械系统分析、机器人运动学 | 数据录入校验、表间关联维护 |
示例补充:在数据库中,若设置 CHECK (age >= 18)
,则年龄字段无法插入小于18的值()。而在力学中,完整约束可通过减少系统自由度简化运动方程()。
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