
【化】 holonomic constraint
在漢英詞典視角下,“完整約束”對應的專業英文術語為holonomic constraint,指系統中所有約束條件均可表示為僅依賴于系統廣義坐标和時間、且不含廣義速度的方程形式。該概念在經典力學、機器人學和控制理論中具有核心地位,其數學表達與物理特性如下:
完整約束要求系統所受的約束可寫作: $$ f(mathbf{q}, t) = 0 $$ 其中 $mathbf{q} = (q_1, q_2, dots, q_n)$ 為廣義坐标,$t$ 為時間。此類約束顯著降低系統自由度,且可通過坐标變換直接消除。例如,平面上滾動的純滾動輪因存在速度約束(非完整約束),而固定于曲柄滑塊機構的連杆運動則受完整約束限制。
特性 | 完整約束 | 非完整約束 |
---|---|---|
數學形式 | $f(mathbf{q}, t) = 0$ | $g(mathbf{q}, dot{mathbf{q}}, t) = 0$ |
自由度減少 | 直接減少獨立坐标數 | 不減少獨立坐标數,但限制速度空間 |
可積性 | 天然可積 | 通常不可積 |
實例 | 剛體内部固定距離、鉸鍊連接 | 車輛非側滑轉向、宇宙飛船角動量守恒 |
在多體動力學中,完整約束用于描述機構(如四連杆機構)的幾何耦合關系,直接影響運動學正解建模 。
機械臂關節角受限構成完整約束,需在構型空間求解無碰撞路徑 。
完整約束定義狀态變量的可行域,是軌迹優化問題的邊界條件依據 。
Goldstein, H. (2002). Classical Mechanics (3rd ed.). Addison-Wesley. (第1章詳述約束分類)
Murray, R. M., Li, Z., & Sastry, S. S. (1994). A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation. CRC Press. (第6章分析機器人約束)
中文術語 | 英文術語 | 定義 |
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完整約束 | Holonomic constraint | 僅依賴坐标與時間的可積約束方程 |
非完整約束 | Nonholonomic constraint | 依賴速度且不可積的微分約束 |
廣義坐标 | Generalized coordinates | 描述系統位形的獨立參數集 |
注:因未搜索到可直接引用的線上詞典資源,以上内容綜合經典力學教材與機器人學專著定義,建議進一步查閱紙質/電子學術文獻以驗證術語細節。
“完整約束”在不同領域有不同解釋,以下是兩種主要場景下的詳細說明:
在經典力學中,完整約束(holonomic constraint)指滿足以下條件的約束系統:
在數據庫系統中,完整約束(integrity constraint)是用于保證數據正确性、一緻性和有效性的規則,主要包括以下類型:
維度 | 物理/力學中的完整約束 | 數據庫完整性約束 |
---|---|---|
作用對象 | 質點或剛體的運動自由度 | 數據庫表中的數據規則 |
表現形式 | 幾何限制或可積分的微分方程 | SQL語句定義的具體規則(如主鍵、外鍵) |
典型應用場景 | 機械系統分析、機器人運動學 | 數據錄入校驗、表間關聯維護 |
示例補充:在數據庫中,若設置 CHECK (age >= 18)
,則年齡字段無法插入小于18的值()。而在力學中,完整約束可通過減少系統自由度簡化運動方程()。
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