Seis grados de libertad

Seis grados de libertad ( 6DOF ), o a veces seis grados de movimiento , se refiere a los seis grados de libertad mecánicos de movimiento de un cuerpo rígido en el espacio tridimensional . Específicamente, el cuerpo es libre de cambiar de posición como traslación hacia adelante/atrás (avance), arriba/abajo (inclinación) y izquierda/derecha (balanceo) en tres ejes perpendiculares , combinado con cambios de orientación mediante rotación alrededor de 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 usa a menudo en el contexto de la realidad virtual , generalmente se refiere al seguimiento del movimiento rotacional únicamente: cabeceo, guiñada y balanceo. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Los sistemas manipuladores en serie y en paralelo suelen diseñarse para posicionar un efector final con seis grados de libertad : tres de traslación y tres de orientación. Esto establece una relación directa entre la posición de los actuadores 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, a diferencia de 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 ]}

Este término es importante en sistemas mecánicos , especialmente en sistemas biomecánicos , para analizar y medir las propiedades de este tipo de sistemas, que requieren considerar los seis grados de libertad. La medición de los seis grados de libertad se realiza actualmente mediante campos magnéticos o electromagnéticos, tanto de corriente alterna como continua, en sensores que transmiten datos de posición y ángulo a una unidad de procesamiento. Los datos se procesan mediante software que los integra según 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 de traducción:

1. Movimiento hacia adelante y hacia atrás en el eje X. (Oleada)
2. Movimiento de izquierda a derecha en el eje Y. (Balanceo)
3. Movimiento vertical sobre el eje Z. (Elevación)

Envolventes rotacionales:

1. Inclinación lateral sobre el eje X. ( Rotación )
2. Inclinación hacia adelante y hacia atrás sobre el eje Y. ( Cabeceo )
3. Giro a izquierda y derecha sobre el eje Z. ( Guiñada )

En lo que respecta a un casco de realidad virtual , como los que se utilizan para este tipo de dispositivos , los rangos de rotación también pueden entenderse en los siguientes términos:

• Tono: Asentir con la cabeza diciendo "sí"
• Yaw: Negación con la mano
• Balanceo: movimiento oscilante de lado a lado.

En los seis grados de libertad existen tres tipos de envolvente operativa: directa , semidirecta (condicional) e indirecta, independientemente del tiempo restante para la ejecución de la maniobra, la energía restante para ejecutarla y, finalmente, si el movimiento es controlado por una entidad biológica (p. ej., un ser humano), una entidad robótica (p. ej., un ordenador) o ambas.

1. Tipo directo : Implica un grado que puede controlarse directamente sin condiciones especiales y se describe como una operación normal. (Un alerón en un avión básico).
2. Tipo semidirecto : Implica que se puede controlar un cierto grado de empuje cuando se cumplen ciertas condiciones específicas. ( Empuje inverso en una aeronave)
3. Tipo indirecto : Implica cierto grado de movimiento que se logra mediante la interacción con el entorno y no puede ser controlado. (Movimiento de cabeceo de una embarcación en el mar)

También existen vehículos de tipo transicional. Por ejemplo, cuando el transbordador espacial operaba en órbita terrestre baja , se le describía como de seis grados de giro directo, ya que 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 terrestre para su regreso, los seis grados de giro directo dejaban de ser aplicables, puesto que planeaba por el aire utilizando sus alas y superficies de control .

El concepto de seis grados de libertad también se refiere al movimiento en los videojuegos.

Los juegos de disparos en primera persona (FPS) generalmente ofrecen cinco grados de libertad: adelante/atrás, izquierda/derecha (desplazamiento lateral), arriba/abajo (saltar/agacharse/tumbarse), guiñada (girar a la izquierda/derecha) e inclinación (mirar hacia arriba/abajo). Algunos juegos FPS incluyen control de inclinación, una rotación parcial en un ángulo fijo para asomar el arma junto al borde de una pared. Algunos consideran la inclinación como un sexto grado de libertad. Los primeros juegos en primera persona, como Wolfenstein 3D y Doom, carecían de rotación de inclinación, ofreciendo solo cuatro grados de libertad.

El término 6DOF se ha utilizado a veces para describir juegos que permiten libertad de movimiento, pero que no necesariamente cumplen con 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 (6DOF), que permiten el control independiente de los tres ejes de movimiento y 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 seguimiento de movimiento, como TrackIR , se utilizan para el seguimiento de cabeza en 6 grados de libertad (6DOF). Este dispositivo suele emplearse en simuladores de vuelo y otros simuladores de vehículos que requieren mirar alrededor de la cabina para localizar enemigos o simplemente evitar accidentes durante el juego.

A veces se encuentra el acrónimo 3DOF , que significa movimiento en las 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.

El SpaceOrb 360 es un dispositivo de entrada para ordenador de 6 grados de libertad (6DOF) lanzado en 1996, fabricado y vendido originalmente por la empresa SpaceTec IMC (adquirida posteriormente por Labtec , que a su vez fue comprada más tarde por Logitech ). Actualmente, ofrecen la gama de controladores 3Dconnexion de 6 grados de libertad, dirigida principalmente al sector profesional del diseño asistido por ordenador (CAD ).

Los controladores que se venden con HTC VIVE proporcionan información de 6 grados de libertad (6DOF) mediante la estación base, que utiliza 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 los grados de libertad : múltiples formas en que los objetos con múltiples articulaciones 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 los buques : Movimientos de los buques definidos por los seis grados de libertad de movimiento. 
• Ejes principales de las aeronaves – Direcciones principales en la aviación