Sześć stopni swobody - Six degrees of freedom
Sześć stopni swobody ( 6DOF ) odnosi się do swobody ruchu ciała sztywnego w przestrzeni trójwymiarowej . Konkretnie, jednostka ma swobodę zmiany pozycji jak do przodu / do tyłu (surge), w górę / w dół (falowanie), w lewo / w prawo (kołysać) tłumaczenie w trzech prostopadłych do siebie osiach , w połączeniu ze zmianami w orientacji poprzez obrót około trzech prostopadłych osi, często określany odchylenie (oś normalna), skok (oś poprzeczna) i przechylenie (oś podłużna). Trzy stopnie swobody ( 3DOF ), termin często używany w kontekście wirtualnej rzeczywistości, odnosi się wyłącznie do śledzenia ruchu obrotowego: pochylenia, odchylenia i przechyłu.
Robotyka
Szeregowe i równoległe systemy manipulatorów są generalnie zaprojektowane do pozycjonowania efektora końcowego o sześciu stopniach swobody, z których trzy są przesuwane i trzy w orientacji. Zapewnia to bezpośredni związek między pozycjami siłownika a konfiguracją manipulatora określoną przez jego kinematykę przednią i odwrotną .
Ramiona robota są opisane przez ich stopnie swobody . Jest to miara praktyczna, w przeciwieństwie do abstrakcyjnej definicji stopni swobody, która mierzy zagregowaną zdolność pozycjonowania systemu.
W 2007 roku Dean Kamen , wynalazca Segwaya , zaprezentował prototypowe ramię robota z 14 stopniami swobody dla DARPA . Roboty humanoidalne zazwyczaj mają 30 lub więcej stopni swobody, z sześcioma stopniami swobody na ramię, pięcioma lub sześcioma w każdej nodze i jeszcze kilkoma w torsie i szyi .
Inżynieria
Termin ten jest ważny w systemach mechanicznych , zwłaszcza biomechanicznych , do analizy i pomiaru właściwości tego typu systemów, które muszą uwzględniać wszystkie sześć stopni swobody. Pomiar sześciu stopni swobody odbywa się dzisiaj za pomocą pól magnetycznych lub elektromagnetycznych prądu przemiennego i stałego w czujnikach, które przesyłają dane dotyczące położenia i kąta do jednostki przetwarzającej. Dane są aktualizowane za pomocą oprogramowania, które integruje dane w oparciu o potrzeby i programowanie użytkowników.
Sześć stopni swobody jednostki ruchomej podzielono na dwie klasy ruchu, jak opisano poniżej.
Koperty tłumaczeniowe:
- Poruszanie się do przodu i do tyłu na osi X. (Wzrost)
- Poruszanie się w lewo iw prawo na osi Y. (Kołysać)
- Poruszanie się w górę iw dół na osi Z. (Falowanie)
Koperty obrotowe:
- Przechylanie na boki na osi X. ( rolka )
- Przechylanie do przodu i do tyłu na osi Y. ( boisko )
- Skręcanie w lewo i prawo na osi Z. ( odchylenie )
W odniesieniu do zestawu słuchawkowego , takiego jak ten używany w rzeczywistości wirtualnej , obwiednie obrotowe można również traktować w następujący sposób:
- Skok: Kiwa głową „tak”
- Zbaczanie: Potrząsanie „nie”
- Rolka: kołysanie się z boku na bok
Operacyjne typy kopert
W sześciu stopniach swobody istnieją trzy rodzaje obwiedni operacyjnej. Są to typy bezpośrednie , pośrednie (warunkowe) i niebezpośrednie, wszystkie niezależnie od czasu pozostałego do wykonania manewru, energii pozostałej do wykonania manewru i wreszcie, czy ruch jest sterowany przez jednostkę biologiczną (np. człowiek), byt robota (np. komputer) lub jedno i drugie.
- Typ bezpośredni : Zaangażowany stopień może być wydany bezpośrednio, bez szczególnych warunków i opisany jako normalna operacja. ( Lotka w podstawowym samolocie)
- Typ półbezpośredni : Zaangażowany stopień może zostać wydany, gdy spełnione są określone warunki. ( Odwrócony ciąg w samolocie)
- Typ niebezpośredni : Zaangażowany w stopień, gdy jest osiągany poprzez interakcję z otoczeniem i nie można nim rozkazywać. (Ruch kołysania statku na morzu)
Typ przejściowy występuje również w niektórych pojazdach. Na przykład, kiedy prom kosmiczny operuje w kosmosie, statek jest opisywany jako w pełni bezpośredni-sześć, ponieważ można sterować jego sześcioma stopniami. Jednakże, kiedy prom kosmiczny znajduje się w ziemskiej atmosferze w celu powrotu, w pełni bezpośrednie sześć stopni nie ma już zastosowania z wielu powodów technicznych.
Kontrolery gier
Sześć stopni swobody odnosi się również do ruchu w grze wideo.
Strzelanki pierwszoosobowe (FPS) zazwyczaj zapewniają pięć stopni swobody: do przodu/do tyłu, przesuń w lewo/w prawo, w górę/w dół (skok/przykuc/kłamstwo), zbaczanie (skręć w lewo/w prawo) i pochylenie (spójrz w górę/w dół ). Jeśli gra pozwala na pochylanie się nad kontrolą, niektórzy uważają to za szósty DOF; jednak może to nie być całkowicie dokładne, ponieważ pochylenie to ograniczona rotacja częściowa.
Termin 6DOF był czasami używany do opisywania gier, które pozwalają na swobodę ruchu, ale niekoniecznie spełniają pełne kryteria 6DOF. Na przykład Dead Space 2 , a w mniejszym stopniu Homeworld i Zone Of The Enders pozwalają na swobodę poruszania się.
Niektóre przykłady prawdziwych gier 6DOF, które umożliwiają niezależną kontrolę nad wszystkimi trzema osiami ruchu i wszystkimi trzema osiami obrotu, obejmują Elite Dangerous , Shattered Horizon , franczyzę Descent , Retrovirus , Miner Wars , Space Engineers , Forsaken i Overload (od tych samych twórców Zejście ). Kosmiczne MMO Vendetta Online oferuje również 6 stopni swobody.
Urządzenia do śledzenia ruchu, takie jak TrackIR, są używane do śledzenia głowy 6DOF. To urządzenie często znajduje swoje miejsce w symulatorach lotu i innych symulatorach pojazdów, które wymagają rozglądania się po kokpicie w celu zlokalizowania wrogów lub po prostu unikania wypadków w grze.
Czasami spotykany jest akronim 3DOF oznaczający ruch w trzech wymiarach, ale nie obrót.
Razer Hydra , kontroler ruchu dla PC, śledzi pozycję i obrót dwóch przewodowych nunchucks , zapewniając sześć stopni swobody z każdej strony.
SpaceOrb 360 jest urządzeniem wejściowym komputer 6DOF wydany w 1996 roku pierwotnie produkowany i sprzedawany przez firmę SpaceTec IMC (pierwszy kupiony przez Labtec , który sam został później kupiony przez Logitech ).
Kontrolery sprzedawane z HTC VIVE dostarczają informacje 6DOF przez latarnię morską, która wykorzystuje technologię Time of Flight (TOF) do określenia pozycji kontrolerów.
Zobacz też
- Stopnie swobody (mechanika) — liczba niezależnych parametrów definiujących konfigurację lub stan systemu mechanicznego.
- Problem stopni swobody – Wiele sposobów, w jakie obiekty wielostawne mogą realizować ruch
- Geometryczne warunki lokalizacji – Kierunki lub pozycje względem kształtu i położenia obiektu
- Ruchy statku – Pojęcia związane z 6 stopniami swobody ruchu
- Główne osie samolotu