Seis grados de libertad

Seis grados de libertad ( 6DOF ), o a veces seis grados de movimiento , se refiere a los seis grados mecánicos de libertad de movimiento de un cuerpo rígido en el espacio tridimensional . Específicamente, el cuerpo es libre de cambiar de posición como hacia adelante/atrás (oleaje), arriba/abajo (tirón), izquierda/derecha (balanceo) traslación en tres ejes perpendiculares , combinado con cambios de orientación a través de la rotación sobre tres ejes perpendiculares, a menudo denominados guiñada (eje normal), cabeceo (eje transversal) y balanceo (eje longitudinal).

Tres grados de libertad ( 3DOF ), un término que se utiliza a menudo en el contexto de la realidad virtual , normalmente se refiere únicamente al seguimiento del movimiento de rotación: inclinación, guiñada y balanceo. ^{[1] [2]}

Los sistemas de manipulación en serie y en paralelo están generalmente diseñados para posicionar un efector final con seis grados de libertad , tres de ellos en traslación y tres en orientación. Esto proporciona una relación directa entre las posiciones del actuador y la configuración del manipulador definida por su cinemática directa e inversa .

Los brazos robóticos se describen por sus grados de libertad . Esta es una métrica práctica, en contraste con la definición abstracta de grados de libertad que mide la capacidad de posicionamiento agregada de un sistema. ^[3]

En 2007, Dean Kamen , inventor del Segway , presentó un prototipo de brazo robótico ^[4] con 14 grados de libertad para DARPA . Los robots humanoides suelen tener 30 o más grados de libertad, con seis grados de libertad por brazo, cinco o seis en cada pierna y varios más en el torso y el cuello . ^[5]

El término es importante en sistemas mecánicos , especialmente sistemas biomecánicos , para analizar y medir propiedades de este tipo de sistemas que necesitan tener en cuenta los seis grados de libertad. La medición de los seis grados de libertad se logra hoy en día a través de campos magnéticos o electromagnéticos de CA y CC en sensores que transmiten datos posicionales y angulares a una unidad de procesamiento. Los datos se vuelven relevantes a través de un software que integra los datos en función de las necesidades y la programación de los usuarios.

Los seis grados de libertad de una unidad móvil se dividen en dos clases de movimiento como se describe a continuación.

Sobres traduccionales:

1. Moviéndose hacia adelante y hacia atrás en el eje X. (Surge)
2. Moviéndose hacia la izquierda y hacia la derecha en el eje Y. (Balanceo)
3. Moviéndose hacia arriba y hacia abajo en el eje Z. (Elevación)

Sobres rotacionales:

1. Inclinación de lado a lado sobre el eje X. ( Rodar )
2. Inclinación hacia adelante y hacia atrás en el eje Y. ( Inclinación )
3. Giro a la izquierda y a la derecha en el eje Z. ( Guiñada )

En el caso de un dispositivo de realidad virtual , como por ejemplo un casco , las envolventes rotacionales también pueden considerarse en los siguientes términos:

• Tono: Asintiendo con la cabeza "sí"
• Yaw: Temblando "no"
• Rodar: Balancearse de un lado a otro

Existen tres tipos de envolvente operacional en los Seis grados de libertad. Estos tipos son Directo , Semi-directo (condicional) y No-directo, todos independientemente del tiempo restante para la ejecución de la maniobra, la energía restante para ejecutar la maniobra y finalmente, si el movimiento es comandado a través de una entidad biológica (por ejemplo humano), una entidad robótica (por ejemplo computadora) o ambas.

1. Tipo directo : Se trata de un tipo que puede ser controlado directamente sin condiciones particulares y descrito como una operación normal. (Un alerón en un avión básico)
2. Tipo semidirecto : se puede ordenar un grado cuando se cumplen ciertas condiciones específicas. ( Empuje inverso en una aeronave)
3. Tipo no directo : Involucrado en un grado cuando se logra a través de la interacción con su entorno y no puede ser controlado. (Movimiento de cabeceo de un buque en el mar)

El tipo de transición también existe en algunos vehículos. Por ejemplo, cuando el transbordador espacial operaba en órbita baja terrestre , la nave se describía como totalmente directa de seis grados porque en el vacío del espacio, sus seis grados podían controlarse mediante ruedas de reacción y propulsores RCS . Sin embargo, cuando el transbordador espacial descendía a través de la atmósfera de la Tierra para su regreso, los seis grados totalmente directos ya no eran aplicables, ya que se deslizaba por el aire utilizando sus alas y superficies de control .

Seis grados de libertad también se refieren al movimiento en los videojuegos.

Los juegos de disparos en primera persona (FPS) generalmente ofrecen cinco grados de libertad: adelante/atrás, deslizarse hacia la izquierda/derecha, arriba/abajo (saltar/agacharse/tumbar), guiñada (girar a la izquierda/derecha) y cabeceo (mirar hacia arriba/abajo). Si el juego permite el control de inclinación, algunos lo consideran un sexto grado de libertad; sin embargo, esto puede no ser completamente exacto, ya que una inclinación es una rotación parcial limitada.

El término 6DOF se ha utilizado a veces para describir juegos que permiten libertad de movimiento, pero que no necesariamente cumplen todos los criterios de 6DOF. Por ejemplo, Dead Space 2 y, en menor medida, Homeworld y Zone Of The Enders permiten libertad de movimiento.

Algunos ejemplos de juegos con 6 grados de libertad, que permiten el control independiente de los tres ejes de movimiento y de los tres ejes de rotación, incluyen Elite Dangerous , Shattered Horizon , la franquicia Descent , la franquicia Everspace , Retrovirus , Miner Wars , Space Engineers , Forsaken y Overload (de los mismos creadores de Descent ). El MMO espacial Vendetta Online también cuenta con 6 grados de libertad.

Los dispositivos de hardware de seguimiento de movimiento, como TrackIR , y las aplicaciones basadas en software, como Eyeware Beam, se utilizan para el seguimiento de la cabeza con 6 grados de libertad. Este dispositivo suele utilizarse en simuladores de vuelo y otros simuladores de vehículos que requieren mirar alrededor de la cabina para localizar enemigos o simplemente evitar accidentes en el juego.

A veces se utiliza el acrónimo 3DOF , que significa movimiento en tres dimensiones pero no rotación.

El Razer Hydra , un controlador de movimiento para PC, rastrea la posición y la rotación de dos nunchakus con cable , proporcionando seis grados de libertad en cada mano.

SpaceOrb 360 es un dispositivo de entrada de datos para ordenador de 6 grados de libertad lanzado en 1996, fabricado y vendido originalmente por la empresa SpaceTec IMC (comprada primero por Labtec , que luego fue comprada por Logitech ). Ahora ofrecen la gama 3Dconnexion de controladores de 6 grados de libertad, dirigidos principalmente a la industria CAD profesional .

Los controladores vendidos con HTC VIVE proporcionan información 6DOF mediante el faro, que adopta la tecnología de tiempo de vuelo (TOF) para determinar la posición de los controladores.

• Grados de libertad (mecánica)  : Número de parámetros independientes necesarios para definir el estado de un sistema mecánico.
• Problema de grados de libertad  : múltiples formas en que los objetos multiarticulares pueden realizar un movimiento
• Ángulos de Euler  – Descripción de la orientación de un cuerpo rígido
• Términos geométricos de ubicación  : direcciones o posiciones relativas a la forma y posición de un objeto.
• Movimientos de barcos  : términos relacionados con los seis grados de libertad de movimiento
• Ejes principales de las aeronaves  – Principales direcciones en la aviación