Кинематическая цепь

Кинематическая цепь (англ. kinematic chain) — это связанная система объектов, образующих между собой кинематические пары.

Кинематические цепи имеют такую классификацию:

• Простые и сложные. В простой кинематической цепи каждое из её звеньев входит в состав одной или двух кинематических пар, а в сложной кинематической цепи имеются звенья, входящие в состав трех и более кинематических пар.
• Открытые и замкнутые. В открытой (незамкнутой) кинематической цепи имеются звенья, входящие в состав одной кинематической пары, а в замкнутой цепи каждое звено входит в состав 2-х и более кинематических пар.
• Плоские и пространственные. Если точки всех звеньев кинематической цепи двигаются в одной или параллельных плоскостях, то такая кинематическая цепь называется плоской, в противном случае кинематическая цепь — пространственная, так как точки её звеньев описывают плоские кривые в непараллельных плоскостях или пространственные кривые.

В терминах вычисления прямой и инверсной кинематики сложность кинематической цепи определяется следующими факторами:

• Топология: последовательная цепь, параллельный манипулятор, древовидная структура или граф.

Геометрическая форма: как граничат соединения, пространственно связанные друг с другом?Понятие открытых и замкнутых кинематических цепей широко используется в биомеханике и робототехнике. Например, большинство упражнений, выполняемые со штангой, представляют собой многосуставные движения в замкнутой кинематической цепи. Захват грифа штанги двумя руками создаёт замкнутую кинематическую цепь, в которой осуществление изолированного односуставного движения становится невозможным. Незамкнутая (открытая) кинематическая цепь, в отличие от замкнутой, имеет не закреплённое свободное концевое звено (кисть, стопа), в связи с чем возможно осуществление движения в каждом отдельно взятом суставе. Замкнутая кинематическая цепь ограничивает количество степеней свободы в суставах, что в свою очередь позволяет значительно уменьшить число инерционных моментов.

Незамкнутая цепь может стать замкнутой, и наоборот, например, две ноги могут замкнуть кинематическую цепь через опору в обычном положении стоя, но если одна нога оторвана от опоры – цепь будет незамкнута.

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

Кинематическая цепь представляет собой последовательное соединение звеньев в пары. В случае, когда последнее звено соединяется с первым звеном, кинематическая цепь называется замкнутой. Если же последнее звено не соединено с первым звеном, цепь считается открытой. Принудительная кинематическая замкнутая цепь определяется как цепь, имеющая одно звено неподвижное, приобретает определенность движения, которая свойственна механизму. Если в принудительной цепи одно звено задается неподвижным, то считается, что цепь поставлена на этом звене, при этом, если ставить принудительную цепь последовательно на каждое из звеньев, можно создать такое количество механизмов, которое соответствует количеству звеньев в цепи. Принудительной цепью является шарнирная четырехсторонняя фигура, включающая четыре стержня, которые объединены при помощи шарниров, являющихся вращательными парами.

Коллектив авторов, Большая энциклопедия техники, 2009

При выполнении ударных движений с выраженным вращательным характером (например, обратный круговой удар ногой, удар рукой наотмашь с поворотом на 360° и т. п.) имеет место предварительное скручивание тела по продольной оси с последующим перераспределением движения между звеньями. Например, при выполнении удара рукой наотмашь наблюдается выраженный эффект «обгона» (рука заканчивает движение, начатое ногами и плечевым поясом). Такие движения в теории часто объясняют эффектом «хлыста», когда увеличение скорости обусловлено последовательным уменьшением масс (или моментов инерции относительно вертикальной оси тела), что проявляется только в том случае, если передача механического движения по кинематической цепи носит волнообразный характер (Ю.К. Гавердовский, 2007).

В. А. Барташ, Основы спортивной тренировки в рукопашном бое, 2014

В ударном движении участвуют отдельные звенья тела, включающиеся в работу в определенной последовательности. Участие нижней части тела в механике удара происходит по следующей трехсуставной кинематической цепи: стопа-голень-бедро. Эта кинематическая цепь, передавая поступательное движение туловищу, способствует ускорению вращения таза. При опоре на левую ногу вращение происходит вокруг вертикальной оси, проходящей через левую стопу и левый тазобедренный сустав; при опоре на правую ногу вращение происходит вокруг оси, проходящей через правую стопу и правый тазобедренный сустав.

Аман Атилов, Школа бокса в 10 уроках, 2006

В ударном движении участвуют отдельные звенья тела, включающиеся в работу в определенной последовательности. Участие нижней части тела в механике удара происходит по следующей трехсуставной кинематической цепи: стопа – голень – бедро. Эта кинематическая цепь, передавая поступательное движение туловищу, способствует ускорению вращения таза. При опоре на левую ногу вращение происходит вокруг вертикальной оси, проходящей через левую стопу и левый тазобедренный сустав; при опоре на правую ногу вращение происходит вокруг оси, проходящей через правую стопу и правый тазобедренный сустав.

Бим Бэкман, 100 лучших приемов таиландского бокса, 2008