
【化】 instantaneous screw axis
instantaneous
【化】 screw axis
瞬時螺旋軸(Instantaneous Screw Axis)是剛體運動學中描述物體在某一瞬時複合運動的幾何概念。該術語由Chasles定理引出,指剛體在三維空間中的任意位移均可分解為繞某特定軸的旋轉與沿該軸的平移的合成運動。從漢英對照角度,其英文直譯為"Instantaneous Screw Axis",其中"screw"特指螺旋運動特性。
在機械工程領域,該概念被廣泛應用于機器人運動學分析,特别是串聯機械臂的雅可比矩陣計算。根據Ball提出的旋量理論,瞬時螺旋軸可表示為六維旋量坐标,包含角速度矢量ω和線速度矢量v的組合形式: $$ s = begin{bmatrix} ωv end{bmatrix} $$ 當ω≠0時,軸線參數可通過ω×v/|ω|²确定位置方向。
該理論在航天器姿态控制、生物力學關節運動分析等領域具有重要應用價值。最新研究顯示,基于旋量理論的瞬時螺旋軸建模可提升并聯機構誤差補償精度達17.3%(《機械工程學報》2024年刊載)。
權威參考文獻:
瞬時螺旋軸是機械工程中機構運動學領域的一個專業術語,主要描述兩構件在相對空間運動中的瞬時運動特性。以下是詳細解釋:
基本定義
瞬時螺旋軸指在某一瞬間,兩構件相對空間運動所對應的螺旋軸線。這種軸線不僅包含旋轉運動,還伴隨沿該軸線的平移運動,形成螺旋複合運動()。
數學與物理特性
在機構運動中,任何剛體的瞬時運動均可分解為繞該軸的旋轉和沿該軸的平移。其數學表達通常涉及旋量理論(Screw Theory),運動參數包括瞬時角速度和線速度。
相關概念延伸
學科分類
屬于機械工程學科下的三級分類——機構運動學,與運動副、自由度等概念緊密關聯()。
注:需注意與晶體學中“螺旋軸”(描述微觀對稱性的概念,如提及的ns符號)區分,兩者名稱相似但應用領域不同。
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