Шесть степеней свободы

Шесть степеней свободы ( 6DOF ), или иногда шесть степеней движения , относятся к шести механическим степеням свободы движения твердого тела в трехмерном пространстве . В частности, тело может свободно менять положение вперед/назад (волнение), вверх/вниз (вертикальная качка), влево/вправо (качание) по трем перпендикулярным осям , в сочетании с изменениями ориентации посредством вращения вокруг трех перпендикулярных осей, часто называемых рысканием (нормальная ось), тангажем (поперечная ось) и креном (продольная ось).

Три степени свободы ( 3DOF ), термин, часто используемый в контексте виртуальной реальности , обычно относится к отслеживанию только вращательного движения: тангаж, рыскание и крен. ^{[1] [2]}

Системы последовательных и параллельных манипуляторов обычно предназначены для позиционирования конечного исполнительного органа с шестью степенями свободы , состоящими из трех в трансляции и трех в ориентации. Это обеспечивает прямую связь между положениями привода и конфигурацией манипулятора, определяемой его прямой и обратной кинематикой .

Роботизированные руки описываются их степенями свободы . Это практическая метрика, в отличие от абстрактного определения степеней свободы, которое измеряет совокупную позиционную способность системы. ^[3]

В 2007 году Дин Камен , изобретатель Segway , представил прототип роботизированной руки ^[4] с 14 степенями свободы для DARPA . Гуманоидные роботы обычно имеют 30 или более степеней свободы, с шестью степенями свободы на руку, пятью или шестью в каждой ноге и еще несколькими в туловище и шее . ^[5]

Термин важен в механических системах , особенно биомеханических системах , для анализа и измерения свойств этих типов систем, которые должны учитывать все шесть степеней свободы. Измерение шести степеней свободы осуществляется сегодня с помощью магнитных или электромагнитных полей переменного и постоянного тока в датчиках, которые передают позиционные и угловые данные в блок обработки. Данные становятся релевантными с помощью программного обеспечения, которое интегрирует данные на основе потребностей и программирования пользователей.

Шесть степеней свободы подвижного устройства делятся на два двигательных класса, как описано ниже.

Переводные конверты:

1. Движение вперед и назад по оси X. (Всплеск)
2. Двигаемся влево и вправо по оси Y. (Покачивание)
3. Движение вверх и вниз по оси Z. (Подъём)

Вращательные огибающие:

1. Наклон из стороны в сторону по оси X. ( Крен )
2. Наклон вперед и назад по оси Y. ( Тангаж )
3. Поворот влево и вправо по оси Z. ( Рыскание )

В терминах гарнитуры , например, той, что используется для виртуальной реальности , вращательные оболочки можно также рассматривать в следующих терминах:

• Подача: Кивание головой "да"
• Рысканье: Встряхивание "нет"
• Катание: покачивания из стороны в сторону

Существует три типа операционного диапазона в Шести степенях свободы. Эти типы являются Прямыми , Полупрямыми (условными) и Непрямыми, все независимо от времени, оставшегося для выполнения маневра, энергии, оставшейся для выполнения маневра, и, наконец, от того, управляется ли движение через биологическую сущность (например, человека), роботизированную сущность (например, компьютер) или и то, и другое.

1. Прямой тип : задействованная степень может управляться напрямую без особых условий и описывается как обычная операция. (Элерон на базовом самолете)
2. Полупрямой тип : задействованный градус может быть задан при соблюдении некоторых определенных условий. ( Реверс тяги на самолете)
3. Непрямой тип : вовлечен в степень, когда достигается посредством взаимодействия с окружающей средой и не может быть управляемым. (Качка судна в море)

Переходный тип также существует в некоторых транспортных средствах. Например, когда Space Shuttle работал на низкой околоземной орбите , корабль описывался как полностью-прямой-шесть, потому что в вакууме космоса его шесть градусов могли управляться с помощью маховиков и двигателей RCS . Однако, когда Space Shuttle спускался через атмосферу Земли для своего возвращения, полностью-прямые-шесть градусов больше не были применимы, поскольку он скользил по воздуху, используя свои крылья и поверхности управления .

Шесть степеней свободы также относятся к движению в видеоиграх.

В шутерах от первого лица (FPS) обычно предусмотрено пять степеней свободы: вперед/назад, скольжение влево/вправо, вверх/вниз (прыжок/приседание/лежание), рыскание (поворот влево/вправо) и тангаж (взгляд вверх/вниз). Если игра позволяет наклоняться, то некоторые считают это шестой степенью свободы; однако это может быть не совсем точно, поскольку наклон — это ограниченное частичное вращение.

Термин 6DOF иногда использовался для описания игр, которые допускают свободу передвижения, но не обязательно соответствуют всем критериям 6DOF. Например, Dead Space 2 и, в меньшей степени, Homeworld и Zone Of The Enders допускают свободу передвижения.

Некоторые примеры настоящих игр 6DOF, которые позволяют независимо управлять всеми тремя осями движения и всеми тремя осями вращения, включают Elite Dangerous , Shattered Horizon , франшизу Descent , франшизу Everspace , Retrovirus , Miner Wars , Space Engineers , Forsaken и Overload (от тех же создателей Descent ). Космическая MMO Vendetta Online также имеет 6 степеней свободы.

Аппаратные устройства отслеживания движения, такие как TrackIR , и программные приложения, такие как Eyeware Beam, используются для отслеживания головы 6DOF. Это устройство часто находит свое место в авиасимуляторах и других симуляторах транспортных средств, где требуется осматривать кабину, чтобы обнаружить врагов или просто избегать несчастных случаев в игре.

Иногда встречается аббревиатура 3DOF , означающая движение в трех измерениях, но не вращение.

Контроллер движений для ПК Razer Hydra отслеживает положение и вращение двух проводных нунчаков , обеспечивая шесть степеней свободы для каждой руки.

SpaceOrb 360 — это 6DOF-устройство ввода компьютера, выпущенное в 1996 году, изначально производившееся и продававшееся компанией SpaceTec IMC (сначала купленной Labtec , которая впоследствии была куплена Logitech ). Теперь они предлагают линейку 3Dconnexion контроллеров 6DOF, в первую очередь ориентированных на профессиональную отрасль САПР .

Контроллеры, продаваемые вместе с HTC VIVE, предоставляют информацию 6DOF с помощью маяка, который использует технологию Time of Flight (TOF) для определения положения контроллеров.

• Степени свободы (механика)  – число независимых параметров, необходимых для определения состояния механической системы.
• Проблема степеней свободы  – Множество способов реализации движения для многосуставных объектов
• Углы Эйлера  – Описание ориентации твердого тела
• Геометрические термины местоположения  – направления или положения относительно формы и положения объекта.
• Движение судна  – Термины, связанные с шестью степенями свободы движения.
• Главные оси самолета  – Главные направления в авиации