图片里面两个棍子通过铰链相连,棍子末端坐标 (x,y)与两个夹角(\alpha, \beta)的正逆关系

2025-05-16by@tim&@ChatGPT.Model: GPT-4o
tim

图片里面两个棍子通过铰链相连,棍子末端坐标 (x,y)与两个夹角(\alpha, \beta)的正逆关系

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对于这个系统,可以使用反向运动学来确定末端位置 ((x, y)) 与两个角度 (\alpha, \beta) 的关系。

假设两个棍子的长度分别为 (d_1) 和 (d_2),它们通过铰链连接。目标是确定 (\alpha) 和 (\beta) 如何影响末端点的坐标 ((x, y))。

顺向关系

  1. 计算第一杆末端的位置:
    [
    (x_1, y_1) = (d_1 \cos \alpha, d_1 \sin \alpha)
    ]

  2. 计算第二杆末端的位置(即最终位置):
    [
    x = x_1 + d_2 \cos(\alpha + \beta)
    ]
    [
    y = y_1 + d_2 \sin(\alpha + \beta)
    ]

逆向关系

给定末端位置 ((x, y)),可以通过以下步骤计算夹角 (\alpha) 和 (\beta):

  1. 计算到原点的直线距离:
    [
    r = \sqrt{x^2 + y^2}
    ]

  2. 使用余弦定理找到 (\beta):
    [
    \beta = \cos^{-1} \left( \frac{r^2 - d_1^2 - d_2^2}{2 d_1 d_2} \right)
    ]

  3. 计算中间角度 (\gamma):
    [
    \gamma = \tan^{-1}\left(\frac{y}{x}\right)
    ]

  4. 计算 (\alpha) 使用余弦定理:
    [
    \alpha = \gamma - \tan^{-1}\left(\frac{d_2 \sin \beta}{d_1 + d_2 \cos \beta}\right)
    ]

这些公式可以用于从两个角度推导该系统的运动学顺序和逆序关系。注意在计算逆向过程时,需要确保问题的存在解,比如 (\beta) 解的存在需要满足 (|r| \leq d_1 + d_2)。