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 traslación hacia adelante/atrás (oleaje), arriba/abajo (tirón), izquierda/derecha (balanceo) en tres ejes perpendiculares, combinados 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.

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.

En 2007, Dean Kamen, inventor del Segway, presentó un prototipo de brazo robótico 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.

El término es importante en los sistemas mecánicos, especialmente en los sistemas biomecánicos, para analizar y medir las 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 de traducción:

1. Avanzando y retrocediendo en el eje X. (Resurrección)
2. Mover a la izquierda y a la derecha en el eje Y. (Sway)
3. Subiendo y bajando en el eje Z. (Heave)

Sobres rotatorios:

1. Tilting lado a lado en el eje X. (Roll)
2. Tilting hacia adelante y hacia atrás en el eje Y. (Pitch)
3. Gire a la izquierda y a la derecha en el eje Z. (Yaw)

En el caso de un casco, como el que se utiliza para la realidad virtual, las envolventes rotacionales también pueden considerarse en los siguientes términos:

• Pitch: Boda "sí"
• Sacudiendo "no"
• Rollo: Bobbling de lado a lado

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

1. Tipo directo: Se puede administrar un título directamente sin condiciones especiales y se describe como una operación normal. (Un ailerón en un avión básico)
2. Tipo semi-directo: Se puede ordenar un título cuando se cumplen algunas condiciones específicas. (Propulsión reversa en un avión)
3. Tipo no directo: Involucró un grado cuando se logra a través de la interacción con su entorno y no puede ser ordenado. (Moción de perforación de un barco 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, 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 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 refiere 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 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, que permiten el control independiente de los tres ejes de movimiento y de rotación, son 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 juego multijugador masivo en línea 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, lo que proporciona seis grados de libertad en cada mano.

El SpaceOrb 360 es un dispositivo de entrada de datos 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). Actualmente, ofrecen la gama 3Dconnexion de controladores de 6 grados de libertad, dirigidos principalmente a la industria CAD profesional.

Los controladores que se venden con HTC VIVE proporcionan información de 6 grados de libertad 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
• Grados de problema de la libertad - Múltiples formas de realizar un movimiento
• Ángulos Euler – Descripción de la orientación de un cuerpo rígido
• Condiciones geométricas de ubicación – Instrucciones o posiciones relativas a la forma y posición de un objeto
• Mociones de barco – Términos conectados a los seis grados de libertad de movimiento
• Ejes principales de las aeronaves – Principales direcciones en la aviación