六自由度 - 维基百科
文章推薦指數: 80 %
六自由度(Six degrees of freedom)是指剛體在三維空間中運動的自由度。
特別是指剛體可以在前後、上下、左右三個互相垂直的坐標軸上平移,也可以在三個垂直軸上旋轉其 ...
六自由度
語言
監視
編輯
六自由度(Sixdegreesoffreedom)是指剛體在三維空間中運動的自由度。
特別是指剛體可以在前後、上下、左右三個互相垂直的坐標軸上平移,也可以在三個垂直軸上旋轉其方向,三種旋轉方向稱為俯仰(pitch)、偏擺(yaw)及翻滾(Roll)。
六個運動的自由度:前後、上下、左右、俯仰(pitch)、偏擺(yaw)、翻滾(roll)
目次
1機器人
2工程
3依運作範圍分類
4遊戲
5相關條目
6參考資料
機器人編輯
串行(英語:serialmanipulator)及並聯機器手臂系統一般會設定可以以六個自由度的方式幫物體定位,其中包括三個平移自由度以及三個旋轉自由度。
因此在機器手臂的組態以及致動器的位置之間會有對應關係,此關係是由正運動學(英語:forwardkinematics)及逆運動學所定義的。
機器人的自由度是其重要的性能指標。
其數字一般是指其單臂上旋轉關節的數量,其自由度越高,表示其到達特定位置的靈活度就越高。
這個是實務上的度量方式,和表示系統整體定位能力的絶對自由度不同[1]。
2007年時,賽格威的發明者狄恩·卡門為國防高等研究計劃署(DARPA)提出了一個機器手臂的原型[2],共有14個自由度。
類人型機器人的自由度至少會有30個,每一個手臂會有六個自由度,每一隻腳有五到六個自由度,而軀幹及頸也有更多的自由度[3]。
工程編輯
力學系統中的自由度很重要,特別在生物力學中會需要分析及量測,以確認其是否有六個自由度。
六個自由度的量測是透過感測器以及交流或是直流的磁場(或電磁場),感測器會送出位移及旋轉信號給處理器。
會透過使用者的需求以及規範,透過軟體得到這些資料。
AscensionTechnologyCorporation已經開發了小到可以放在活檢針頭內的6DoF設備,可以讓醫生可以進行較好的研究。
新的感測器接收發射器(cubictransmitter或flattransmitter)產生的脈衝直流磁場,醫療產品代工生產商可以以此資料進行整合[4]。
像船隻在海上的行動就是一個六自由度的例子。
可以描述如下[5]:
平移:
沿X軸前後移動
沿Y軸左右移動
沿Z軸上下移動旋轉:
繞X軸旋轉(翻滾、roll)。
繞Y軸前後旋轉(俯仰、pitch)
繞Z軸左右旋轉(偏擺、yaw)。
參見:歐拉角
依運作範圍分類編輯
六自由度系統依運作範圍可以分為三類:分別是直接型(Direct)、半直接型(Semi-direct,或稱為條件型)、以及非直接型(Non-direct),這三類都和機械運作需要的時間、執行運作需要的能量、運作是由人或是電腦下達指令無關。
直接型(Directtype):在正常運作下,可以針對某一自由度直接進行控制,不需要特殊的的條件(例如飛機上的副翼)。
半直接型(Semi-direct):在特殊條件成立,才可以針對某一自由度直接進行控制(例如飛機上的推力反向器)。
非直接型(Non-direct):自由度的調整是透過和環境的交互作用來達成,不能直接控制(例如海上船隻的俯仰運動)。
有些系統也會出現過渡型的情形。
例如太空梭在太空中飛行時,因為可以直接控制六個自由度,六自由度都是直接型。
但在返回地面,進入大氣層的過程中,因為許多技術限制,無法進行六自由度的直接型控制。
遊戲編輯
在電腦遊戲中,也會用自由度來說明遊戲中允許活動的程度。
第一人稱射擊遊戲(FPS)一般會有五個自由度:前進/後退、往左/往右移動、上/下(跳躍/蹲伏/躺下)、左轉/右轉及往上看/往下看。
若遊戲允許讓主角往左/右傾斜身體,則有六個自由度,不過這個不太容易準確的進行控制。
六自由度(6DoF)有時也用來描述允許自由移動的遊戲,可能不一定有六個自由度,例如死亡空間2、甚至萬艦齊發及終極地帶系列都允計自由移動。
也有一些真正有六自由度的遊戲,包括在三軸的平移以及在三軸的旋轉,例如ShatteredHorizon(英語:ShatteredHorizon)、天旋地轉、Retrovirus(英語:Retrovirus(PCgame))、MinerWars(英語:MinerWars)、SpaceEngineers(英語:SpaceEngineers)等。
像TrackIR(英語:TrackIR)之類的運動跟蹤設備也會用在六自由度的頭部追蹤。
像飛行模擬器及其他車輛模擬器中會用到,在戲遊戲中需要環顧駕駛艙找到敵人,或者只是避免在遊戲中發生意外。
有時也會出現三自由度(3DoF),這表示允許在三個軸平移,但不允許旋轉。
PC運動控制器RazerHydra(英語:RazerHydra)利用二個nunchuck的Wii遙控器來追踨位置及轉動,每一隻手都有六個自由度。
相關條目編輯
自由度(工程學)
船舶運動(英語:Shipmotions)參考資料編輯
^Paul,RichardP.,RobotManipulators:Mathematics,Programming,andControl,MITPress,1981.
^Luke,anewprostheticarmforsoldiers.ted.com.2007-03-01[2017-02-26].(原始內容存檔於2014-02-18).
^Craig,JohnJ.,IntroductiontoRobotics:MechanicsandControl,Addison-Wesley,1986.
^MedicalNewsToday.(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)AscensionDevelopsWorld'sSmallestSixDegrees-of-FreedomSensorForEmergingMedicalProcedures.25Aug2008
^Summaryofshipmovement(PDF).[2017-03-11].(原始內容存檔(PDF)於2011-11-25).
取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=六自由度&oldid=63510715」
延伸文章資訊
- 1什麼是自由度? - 每日頭條
自由度是機械學中最重要的概念之一。這個概念廣泛應用於機器人技術和運動學。 D.O.F的含義是「確定一個機構在空間中的位置需要多少個變量」。本文我們將 ...
- 2六自由度 - 维基百科
六自由度(Six degrees of freedom)是指剛體在三維空間中運動的自由度。特別是指剛體可以在前後、上下、左右三個互相垂直的坐標軸上平移,也可以在三個垂直軸上旋轉其 ...
- 3DOF:力學系統中是指獨立坐標的個數。除了平移的自由度外
在統計學裏,自由度(degree of freedom, df)是指當以樣本的統計量來估計整體的參數時,樣本中獨立或能自由變化的資料的個數稱為該統計量的自由度。 舉例. 在估計整體的平均 ...
- 4XR科普之——自由度(dof) - 腾讯云开发者社区
例如在你用球拍击打网球的时候,球拍的复杂运动同样可以表示为平移和旋转的组合。 XR设备中的3 dof和6 dof. 了解完自由度的基本概念之后,再来理解XR设备 ...
- 5關於自由度 - PTC Support