파든-카한 하위 문제는 일반적인 로봇 조작자의 [1]역운동학에서 자주 발생하는 해결된 기하학적 문제의 집합이다.문제 집합이 완전한 것은 아니지만, 많은 산업용 [2]로봇에 대한 역운동학적 분석을 단순화하는 데 사용될 수 있다.
심플화 전략
지수법의 곱에 의해 정의된 구조 방정식의 경우, 파덴-카한 하위 문제는 역운동학 문제를 단순화하고 해결하기 위해 사용될 수 있다.특히 행렬 지수는 가환적이지 않다.
일반적으로 하위문제는 접합각을 해결하기 위해 역운동학 문제(예: 접합축의 교차점)의 특정 지점을 해결하기 위해 적용된다.
회전 관절 제거
단순화는 회전은 축에 있는 점에 영향을 미치지 않는다는 원리로 이루어집니다.예를 들어 pp가
회전 트위스트의축에 경우(\
그 위치는 트위스트의 작동에 영향을 받지 않습니다.To Wit :

따라서, 구조 방정식의 경우,

서 § 1 _
§ _ 및
§ \
의
축에 있는 p(\p에
방정식의 양쪽을 모두 0으로 바꿉니다 ( \{2}
의 수율
§ (\ _
을 취소하면 이 값이 산출됩니다.
, 1{ _ {1
2{ _ {2}가
교차하는 경우 하위 문제 2로 해결할 수 있습니다. 노름
어떤 경우에는 방정식의 양쪽에서 점을 빼고 결과의 규범을 취함으로써 문제를 단순화할 수도 있다.
예를 들면,

§ 3{ _ {3}
}
1{ _ {} {\ {\ q 
{\ 3 for {\ {\ {\ {\{\ {\ p { \
_ {}
a of of2 a2 at2 at2 at2 at2 at2 at2 at2 at2 at2 at2 at2 at2at2 at2 。q }와
양쪽의 규범을 취한다.
이 문제는 Subproblem 3을 사용하여 해결할 수 있습니다. 하위 문제 목록
각 서브문제는 기하학적 증명에 기초한 알고리즘으로 제시된다.여러 개의 해결책이 있거나 해결책이 없는 경우를 설명하기 위해 작성되어야 하는 주어진 하위 문제를 해결하기 위한 코드는 광범위한 로봇에 대한 역운동학 알고리즘에 통합될 수 있다.
하위 문제 1: 단일 축에 대한 회전
첫 번째 Paden-Kahan 서브 문제의 그림.
크기를 갖는 0 피치 트위스트 { }, 3 \ p ,\ in \ { {3로
합니다.§ )를
찾습니다.
이 하위 문제에서는 p이
두 textstyleq
과 일치하도록 특정 축 \을
중심으로 회전합니다.
첫 번째 Paden-Kahan 하위 문제에서 투영된 원의 그림. 솔루션
r{ \xi
의 축에 r { textstyle \을
(를 으로 .{ ( 및
를 정의합니다.{ r은으
)의 축에 .
e^ {\widehat v.}
으로 벡터 {
} 및 { v}는
{\의 축에 수직인 평면에 대한 {u
} v {
의
투영으로 정의한다. 

그리고.
{ u
、 q { pq }이면
두 지점은 모두 회전 축에 놓입니다.따라서 하위 문제는 이 경우 무한한 수의 가능한 해결책을 제시합니다. 문제가 해결되려면 { u}
{ v}의
{\ { textstyle \} 축과 { \}에
수직인 평면에 투영하는 길이가 같아야 합니다.확실히 다음 사항을 확인할 필요가 있다.

그리고 그것
이러한 방정식이 충족되면 atan2 함수를 사용하여 값을
구할 수 있습니다.

u0 { u ' \ 0
인 경우 이 서브문제는
에 대해1개의 해결책을 제시합니다. 하위 문제 2: 두 개의 후속 축에 대한 회전
Paden-Kahan Subproblem 2의 그림.하위 문제에서는 원이 두 점에서 교차하는 경우 두 가지 해결 방법이 생성됩니다. 즉, 원이 접선 상태이면 한 가지 해결 방법, 원이 교차하지 않으면 해결 방법이 없습니다. 1 \ _ {}
2 \ _ {2be
、 magnitude 2text 、단위크기와 교차축의 두 개의 제로피치 트위스트라고 합니다. q 3 \ p3}을2점으로
합니다.§ (_ { )
§2 ( _ {를
찾습니다.
이 문제는 pp를
텍스트 스타일 \ _
의 축을 중심으로 회전시킨 후 스타일
의 축을 중심으로 회전시키면 p 의
위치가 일치합니다.t { q
} ( 1( \ \ { } ) of
{\
\ _ } ) if {\ {\ = {\texttexttexttexttexttexttext1 such2 .
sub 1 1 1 11로 이 문제가 감소합니다.
솔루션
두 축이 평행하지 않은 경우(, ≠ \1}\ _
c {\ c는
다음과 같은 점이 .

, cc는 p p가
q\q
와 일치하기 전에 한 축을 중심으로 회전하는 을 나타냅니다
. 각 회전은 SubProblem 1과 동일하지만 c c\textst에 하나 이상의 유효한 솔루션을 식별해야 합니다. c를
사용하여 회전을 해결합니다. rr을
두 축의 교차점으로 .

Paden-Kahan 하위 문제 2의 그림으로, 하위 문제가 하나의 해결책만 생성하는 접선 사례를 보여줍니다. (- r ){ u ( p -r )
( -r ){ v = ( q -r ) z (c -r){ z ( c -
를 정의합니다.그러므로,

즉, Tu \_ {
{\ _}^{ \ _ {
‖ u 、 2 2 2 \ textstyle \ ^{2} = \ \ 2} \ \ {
}
、 1 、 1 2、 \ \ 、
2、 { tyle \ }s

계수의 값은 다음과 같이 해결할 수 있습니다.
Paden-Kahan 하위 문제 2의 그림으로, 두 개의 교차하는 원과 두 개의 해답이 있는 경우를 보여줍니다.양쪽 솔루션(c, c2)이 강조 표시됩니다. 

,그리고.
하위 문제에서는 원이 두 점에서 교차하는 경우 두 가지 해결 방법이 생성됩니다. 즉, 원이 접선 상태이면 한 가지 해결 방법, 원이 교차하지 않으면 해결 방법이 없습니다.
하위 문제 3: 주어진 거리까지 회전
- 크기를 가진 0 피치 트위스트 \let
, R \ p , \{ R } ^ {
} \ \ delta
} { { 、 0보다 큰 라고 합니다.§ )를
찾습니다.
이 문제에서는 점 가
점 스타일
q로부터의 거리(\textstyle \xi
)가 될 때까지 축 p(\textstyle 를
중심으로 회전합니다. 솔루션이 존재하기 위해서는 점p p를
으로 한 원이 스퍼와 교차해야 합니다. of radius ( \ \는
q q
}를 으로 합니다.
솔루션
r r
을
의 축으로 . u ( -){ u = ( p -r )
v ( -){ v= (는 다음과
같이 정의됩니다.

u{
v {\ v의
투영도는 "투영"에 의해 정의된 " v'
및 v - } v v'= 이다
. { \ omega
방향으로
q { } :

u: { u}와
v { v} 사이의
각도 0 { \_ { 0은
atan2 함수를 사용하여 구합니다.
는
다음 공식으로 구할 수 있습니다.
서브문제에서는 반지름의원이 반지름의원과 교차하는
점의 수에 따라 0, 1,의 해결책이 나올 수 있습니다
Sub problem 4: 2개의 축을 중심으로 주어진 거리로 회전합니다.
- 1 \ _ {}
2 \ _ {2be
、 magnitude 2text 、단위크기와 교차축의 두 개의 제로피치 트위스트라고 합니다. 1, 2 3 \ p}을
점으로 .§ (_ { )
§2 ( _ {를
찾습니다.
이 문제는 최종 지점이 알려진 두 점까지의 거리에 의해 구속된다는 점을 제외하고 하위 문제 2와 유사합니다.
Sub Problem 5: 지정된 거리로 변환
- {
p 、 3 \ \ \{} ^ {
} {\ 보다
큰 실수라고 .§ )를
찾습니다.
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