每一个刚体在三维空间有六个自由度
3个轴的旋转,3个轴的平移,即X轴旋转,Y轴旋转,Z轴旋转,X轴平移,Y轴平移,Z轴平移(这就是所谓的六自由度)
对齐零件(建立坐标系)的过程,实际上是限制刚体“运动”的过程
所有的方法,不管是3-2-1,迭代,最佳拟合,或者某些软件列出的种类繁多的建立坐标系的方法,归根结底,就是限制住(约束住)刚体的“运动”
比方说,拿一个最简单的例子,平面1找正Z+,置0,线1旋转X+,置0,点1为平移,置0,大家都能正确理解
实际上,可以这样解释:
1,把平面1找正Z+:坐标系现在已经约束住了围绕X轴和Y轴的旋转(因为如果还能饶X和Y旋转,那么Z+只能也必须跟着做旋转);置0:现在坐标系Z的平移已经被平面1约束住了。
在“使用”了平面1以后,坐标系现在“还”能围绕Z旋转,以及往X轴和Y轴平移,六个自由度被平面1约束住了三个。
2,线1旋转X+:坐标系现在已经约束住了围绕Z的旋转(因为如果还能饶Z旋转,X+也必然跟着旋转);置0:现在坐标系的Y方向的平移已经被约束住了(如果坐标系还能在Y方向平移,那么线1的Y值就会变化)
在使用了线1以后,坐标系又约束了两个位置度:绕Z轴的旋转,和Y轴的平移
3,点1为平移,置0,这个就简单了,约束了最后一个自由度,X轴的平移
所以大家都说,3-2-1法是最“精确”的坐标系建立方法,因为他“完全地”约束住了六个自由度,即达到了约束条件,又没有“过约束”
同理,对于迭代法
我们就说最简单的情况,三个圆心孔建立坐标系,如果3个孔的X,Y,Z都参与计算,实际是上是对六个自由度的过约束(因为迭代以后,三个孔的XYZ都有误差),做过RPS的童鞋知道,假如第一个孔约束XYZ,第二个孔约束YZ,第三个孔约束Z,那么这样的迭代,就是一种完全约束。
此外,超过六个的最佳拟合,都是一种“过约束”的情况
PS:过约束这个词用的可能不是太准确
同理,对于最佳拟合
最简单情况,看了上面的说明,大家就该知道为什么要按自由度取点了,因为他遵循上面的原理。假如你不遵循这个原理,假如,你所有的点都在一个平面上选6点,那么坐标系肯定没法约束所有的自由度,在一个平面上的6点,仅仅只能约束Z的平移(假如这个方向是Z),以及XY的旋转。