Шесть степеней свободы

Шесть степеней свободы ( 6DOF ), а иногда и шесть степеней движения , относятся к шести механическим степеням свободы движения твердого тела в трехмерном пространстве . В частности, тело может свободно менять положение путем перемещения вперед/назад (всплеск), вверх/вниз (качание), влево/вправо (качание) в сочетании по трем перпендикулярным осям с изменениями ориентации посредством вращения вокруг трех перпендикулярных осей, что часто называют рыскание (нормальная ось), тангаж (поперечная ось) и крен (продольная ось).

Три степени свободы ( 3DOF ), термин, часто используемый в контексте виртуальной реальности , обычно относится только к отслеживанию вращательного движения: тангажа, рыскания и крена. ^[1]^[2]

Робототехника

Последовательные и параллельные системы манипуляторов обычно предназначены для позиционирования рабочего органа с шестью степенями свободы , включая три поступательного движения и три по ориентации. Это обеспечивает прямую связь между положениями привода и конфигурацией манипулятора, определяемой его прямой и обратной кинематикой .

Руки робота характеризуются их степенями свободы . Это практическая метрика, в отличие от абстрактного определения степеней свободы, которое измеряет совокупную способность системы к позиционированию. ^[3]

В 2007 году Дин Кеймен , изобретатель сегвея , представил прототип роботизированной руки. ^[4] с 14 степенями свободы для DARPA . Роботы-гуманоиды обычно имеют 30 или более степеней свободы: по шесть степеней свободы на каждую руку, пять или шесть на каждую ногу и еще несколько степеней свободы на туловище и шею . ^[5]

Инженерное дело

Этот термин важен в механических системах , особенно в биомеханических системах , для анализа и измерения свойств этих типов систем, которые должны учитывать все шесть степеней свободы. Измерение шести степеней свободы сегодня осуществляется с помощью магнитных или электромагнитных полей переменного и постоянного тока в датчиках, которые передают данные о положении и угле в блок обработки. Данные становятся актуальными благодаря программному обеспечению, которое интегрирует данные на основе потребностей и программ пользователей.

Шесть степеней свободы мобильного устройства разделены на два класса движения, как описано ниже.

Переводные конверты:

Перемещение вперед и назад по оси X. (Всплеск)
Перемещение влево и вправо по оси Y. (Качаться)
Перемещение вверх и вниз по оси Z. (Подъём)

Ротационные конверты:

Наклон из стороны в сторону по оси X. ( Рулон )
Наклон вперед и назад по оси Y. ( Подача )
Поворот влево и вправо по оси Z. ( Отклонение от курса )

Что касается гарнитуры , например той, которая используется в виртуальной реальности , вращающиеся конверты также можно рассматривать в следующих терминах:

Питч: Кивнуть «да»
Рывок: тряска «нет»
Перекат: покачивание из стороны в сторону.

Типы операционных конвертов

Шесть степеней свободы имеют три типа рабочего диапазона. Этими типами являются прямой , полупрямой (условный) и непрямой, все они независимо от времени, оставшегося для выполнения маневра, энергии, оставшейся для выполнения маневра, и, наконец, от того, управляется ли движение через биологический объект (например, человек), роботизированный объект (например, компьютер) или и то, и другое.

Прямой тип : Степень участия может быть задана напрямую без особых условий и описана как нормальная операция. ( Элероны на базовом самолете)
Полупрямой тип : задействованная степень может быть присвоена при выполнении некоторых определенных условий. ( Реверс тяги на самолете)
Непрямой тип : включает степень, когда достигается посредством взаимодействия с окружающей средой и не может быть управляемым. (Капельное движение судна в море)

Переходный тип также существует в некоторых автомобилях. Например, когда космический шаттл работал на низкой околоземной орбите , корабль описывался как полностью шестиступенчатый, потому что в космическом вакууме его шестью градусами можно было управлять с помощью реактивных колес и двигателей RCS . Однако, когда космический шаттл спускался через атмосферу Земли для возвращения, полностью прямые шесть градусов уже не были применимы, поскольку он скользил по воздуху, используя свои крылья и поверхности управления .

Игровые контроллеры

Шесть степеней свободы также относятся к движению в видеоигре.

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

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

Некоторые примеры настоящих игр с 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 (из те же создатели 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 с 6DOF. Это устройство часто находит свое место в авиасимуляторах и других симуляторах транспортных средств, которые требуют осмотра кабины, чтобы найти врагов или просто избежать несчастных случаев в игре.

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

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

SpaceOrb 360 — компьютерное устройство ввода с 6 степенями свободы, выпущенное в 1996 году, первоначально производимое и продаваемое компанией SpaceTec IMC (сначала купленной компанией Labtec , которая позже была куплена Logitech ). Теперь они предлагают линейку контроллеров 6DOF 3Dconnexion , ориентированную в первую очередь на профессиональную индустрию САПР .

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

См. также

Степени свободы (механика) - количество независимых параметров, необходимых для определения состояния механической системы.
Проблема степеней свободы . Несколько способов реализации движения многосуставных объектов.
Углы Эйлера - Описание ориентации твердого тела.
Геометрические условия местоположения - направления или положения относительно формы и положения объекта.
Движение судна - термины, связанные с шестью степенями свободы движения.
Главные оси самолетов - Основные направления авиации.

Ссылки

^ Ланг, Бен; Баталле, Жорди (12 февраля 2013 г.). «Введение в позиционное отслеживание и степени свободы (DOF)» . Дорога в VR . Проверено 20 октября 2019 г.
^ «Степени свободы | Google VR |» . Разработчики Google . Сентябрь 2018 года . Проверено 20 октября 2019 г.
^ Пол, Ричард П. (1981). Роботы-манипуляторы: математика, программирование и управление: компьютерное управление роботами-манипуляторами . МТИ Пресс . ISBN 9780262160827 . OCLC 318374953 .
^ «Люк, новый протез руки для солдат» . ted.com . Март 2007 г. Архивировано из оригинала 31 октября 2016 г. Проверено 26 февраля 2017 г.
^ Крейг, Джон Дж. (2005). Введение в робототехнику: механика и управление (на испанском языке). Пирсон Образование. ISBN 9789702607724 . OCLC 1025367636 .

[roadtovr-dof-1] Ланг, Бен; Баталле, Жорди (12 февраля 2013 г.). «Введение в позиционное отслеживание и степени свободы (DOF)» . Дорога в VR . Проверено 20 октября 2019 г.

[googledev-dof-2] «Степени свободы | Google VR |» . Разработчики Google . Сентябрь 2018 года . Проверено 20 октября 2019 г.

[3] Пол, Ричард П. (1981). Роботы-манипуляторы: математика, программирование и управление: компьютерное управление роботами-манипуляторами . МТИ Пресс . ISBN 9780262160827 . OCLC 318374953 .

[4] «Люк, новый протез руки для солдат» . ted.com . Март 2007 г. Архивировано из оригинала 31 октября 2016 г. Проверено 26 февраля 2017 г.

[5] Крейг, Джон Дж. (2005). Введение в робототехнику: механика и управление (на испанском языке). Пирсон Образование. ISBN 9789702607724 . OCLC 1025367636 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]