Sex frihetsgrader
Sex frihetsgrader ( 6DOF ) hänvisar till de sex mekaniska rörelsefrihetsgraderna för en stel kropp i tredimensionellt utrymme . Närmare bestämt är kroppen fri att ändra position som framåt/bakåt (svall), upp/ned (häv), vänster/höger (svaj) translation i tre vinkelräta axlar , kombinerat med förändringar i orientering genom rotation kring tre vinkelräta axlar, ofta kallade gir (normalaxel), stigning (tväraxel) och rullning (längdaxel).
Tre frihetsgrader ( 3DOF ), en term som ofta används i samband med virtuell verklighet , hänvisar vanligtvis till spårning av endast rotationsrörelser: pitch, yaw och roll.
Robotik
Seriella och parallella manipulatorsystem är i allmänhet utformade för att placera en sluteffektor med sex frihetsgrader, bestående av tre i translation och tre i orientering. Detta ger ett direkt förhållande mellan ställdonets positioner och manipulatorns konfiguration definierad av dess framåt- och inverskinematik .
Robotarmar beskrivs av deras frihetsgrader . Detta är ett praktiskt mått, i motsats till den abstrakta definitionen av frihetsgrader som mäter den samlade positioneringsförmågan hos ett system.
2007 presenterade Dean Kamen , uppfinnare av Segway , en prototyp av robotarm med 14 frihetsgrader för DARPA . Humanoida robotar har vanligtvis 30 eller fler frihetsgrader, med sex frihetsgrader per arm, fem eller sex i varje ben, och flera mer i bål och nacke .
Teknik
Termen är viktig i mekaniska system , speciellt biomekaniska system , för att analysera och mäta egenskaper hos dessa typer av system som måste stå för alla sex frihetsgrader. Mätning av de sex frihetsgraderna görs idag genom både AC och DC magnetiska eller elektromagnetiska fält i sensorer som överför positions- och vinkeldata till en bearbetningsenhet. Uppgifterna görs relevanta genom mjukvara som integrerar data utifrån användarnas behov och programmering.
De sex frihetsgraderna för en mobil enhet är indelade i två rörelseklasser som beskrivs nedan.
Översättningskuvert:
- Flytta framåt och bakåt på X-axeln. (Svalla)
- Flytta vänster och höger på Y-axeln. (Vingla)
- Rör sig upp och ner på Z-axeln. (Hävning)
Roterande kuvert:
- Luta från sida till sida på X-axeln. ( Rulla )
- Luta framåt och bakåt på Y-axeln. ( Pitch )
- Sväng vänster och höger på Z-axeln. ( Yaw )
När det gäller ett headset , till exempel den typ som används för virtuell verklighet , kan roterande kuvert också tänkas i följande termer:
Operativa kuverttyper
Det finns tre typer av operativa kuvert i de sex frihetsgraderna. Dessa typer är Direct , Semi-direct (villkorlig) och Non-direct, allt oberoende av den tid som återstår för utförandet av manövern, den energi som återstår för att utföra manövern och slutligen, om rörelsen styrs via en biologisk enhet (t.ex. människa), en robotisk enhet (t.ex. dator) eller båda.
- Direkt typ : Inblandad en grad kan beordras direkt utan särskilda villkor och beskrivs som en normal operation. (Ett skevroder på ett enkelt flygplan)
- Halvdirekt typ : Inblandad en grad kan beordras när vissa specifika villkor är uppfyllda. ( Omvänd dragkraft på ett flygplan)
- Icke-direkt typ : Involverar en grad när den uppnås via interaktionen med sin omgivning och inte kan beordras. (Pitchande rörelse för ett fartyg till havs)
Övergångstyp finns också i vissa fordon. Till exempel, när rymdfärjan fungerade i låg jordomloppsbana , beskrevs farkosten som helt direkt-sex eftersom i rymdens vakuum kunde dess sex grader styras via reaktionshjul och RCS-propeller . Men när rymdfärjan gick ner genom jordens atmosfär för att återvända, var de helt direkta sex graderna inte längre tillämpliga eftersom den gled genom luften med sina vingar och kontrollytor .
Spelkontroller
Sex grader av frihet hänvisar också till rörelse i videospel.
First-person shooter (FPS)-spel ger i allmänhet fem frihetsgrader: framåt/bakåt, glida vänster/höger, upp/ned (hoppa/huka/ligga), gira (sväng vänster/höger) och stigning (se upp/ned) ). Om spelet tillåter lutande kontroll, så anser vissa det vara en sjätte DOF; men detta kanske inte är helt korrekt, eftersom en lean är en begränsad partiell rotation.
Termen 6DOF har ibland använts för att beskriva spel som tillåter rörelsefrihet, men som inte nödvändigtvis uppfyller de fullständiga 6DOF-kriterierna. Till exempel, Dead Space 2 , och i mindre utsträckning, Homeworld och Zone Of The Enders tillåter rörelsefrihet.
Några exempel på äkta 6DOF-spel, som tillåter oberoende kontroll av alla tre rörelseaxlarna och alla tre rotationsaxlarna, inkluderar Elite Dangerous , Shattered Horizon , Descent -serien, Retrovirus , Miner Wars , Space Engineers , Forsaken och Overload (från samma skapare av Nedstigning ). Space MMO Vendetta Online har också 6 frihetsgrader.
Hårdvaruenheter för rörelsespårning som TrackIR och mjukvarubaserade appar som Eyeware Beam används för 6DOF-huvudspårning. Den här enheten hittar ofta sina platser i flygsimulatorer och andra fordonssimulatorer som kräver att man tittar runt i cockpiten för att lokalisera fiender eller helt enkelt undvika olyckor i spelet.
Förkortningen 3DOF , som betyder rörelse i de tre dimensionerna men inte rotation, påträffas ibland.
Razer Hydra , en rörelsekontroll för PC, spårar position och rotation av två trådbundna nunchucks , vilket ger sex frihetsgrader på varje hand.
SpaceOrb 360 är en 6DOF-datorinmatningsenhet som släpptes 1996, ursprungligen tillverkad och såld av SpaceTec IMC-företaget (först köpt av Labtec , som senare köptes av Logitech ). De erbjuder nu 3Dconnexion- serien av 6DOF-kontroller, främst inriktade på den professionella CAD -industrin.
Regulatorerna som säljs med HTC VIVE tillhandahåller 6DOF-information från fyren, som använder Time of Flight (TOF)-teknik för att bestämma regulatorernas position.
Se även
- Frihetsgrader (mekanik) – Antal oberoende parametrar som behövs för att definiera tillståndet för ett mekaniskt system
- Frihetsgradersproblem – Flera sätt för flerledsobjekt att realisera en rörelse
- Eulervinklar – Beskrivning av orienteringen av en stel kropp
- Geometriska termer för plats – Riktningar eller positioner i förhållande till ett objekts form och position
- Fartygsrörelser – Villkor kopplade till de 6 rörelsefrihetsgraderna
- Flygplanets huvudaxlar – Huvudsakliga riktningar inom luftfarten