物体间机械连接-三维空间中的自由物体分析

物体间机械连接-三维空间中的自由物体分析
   自由度    我们知道，三维空间中的自由物体具有6个独立的自由度。然而，在二维平面内，一个物体最多只有3个自由度：两个移动(自由度)和一个转动(自由度)。作为一个二维的例子，我们不妨考虑将一个纸板平放在一个平面上(例如桌子的上表面)。假设纸板始终保持与桌面接触，对于桌子而言，它只有3个独立的自由度：    1)左右移动；    2)前后移动；    3)绕与桌面垂直轴的转动。
   我们来探索物体间机械连接的本质问题。在自由状态下，刚体有6个独立的运动或位置上的自由度：3个移动自由度和3个转动自由度。当我们设计一台机器零件间的机械连接时，必须考虑到所有的6个自由度。如果能够深谙此道，将会帮助我们有效地设计出有着良好性能和低成本的机器。
    坐标轴    通常，用由一组坐标轴表示的参考坐标系来表示上述自由度更为方便。在三维空间，我们通常使用传统的直角坐标系(又称笛卡尔坐标系)，在这里，x、y和z轴之间相互正交。在前面二维的例子中，我们将“左右方向”的移动自由度(平行于X轴)称为“X自由度”；“前后方向”的移动自由度(平行于y轴)称为“Y自由度”；转动自由度记为z，因为该转动轴线与z轴平行