六自由度
六自由度（Six degrees of freedom）是指刚体在三维空间中运动的六个自由度，即在纵轴（前—后）、横轴（左—右）和 垂轴（上—下）三个互相垂直的坐标轴上进行的平移和旋转。这三个轴通常以刚体所面向或行进的方向为参照，比如航空器三主轴。
平移是指与某一参照轴平行的位置变化，三个轴上的平移分别是：
- 纵轴——前进和后退；
- 横轴——左移和右移；
- 垂轴——上升和下降。
旋转是指围绕某一参照轴的姿态变化，三个轴上的旋转分别是：
。
机器人 编辑
串行及并联机器手臂系统一般会设定可以以六个自由度的方式帮物体定位，其中包括三个平移自由度以及三个旋转自由度。因此在机器手臂的组态以及致动器的位置之间会有对应关系，此关系是由正运动学及逆运动学所定义的。
机器人的自由度是其重要的性能指标。其数字一般是指其单臂上旋转关节的数量，其自由度越高，表示其到达特定位置的灵活度就越高。这个是实务上的度量方式，和表示系统整体定位能力的绝对自由度不同[1]。
2007年时，赛格威的发明者狄恩·卡门为国防高等研究计划署（DARPA）提出了一个机器手臂的原型[2]，共有14个自由度。类人型机器人的自由度至少会有30个，每一个手臂会有六个自由度，每一只脚有五到六个自由度，而躯干及颈也有更多的自由度[3]。
工程 编辑
力学系统中的自由度很重要，特别在生物力学中会需要分析及量测，以确认其是否有六个自由度。六个自由度的量测是透过感测器以及交流或是直流的磁场（或电磁场），感测器会送出位移及旋转信号给处理器。会透过使用者的需求以及规范，透过软体得到这些资料。
Ascension Technology Corporation已经开发了小到可以放在活检针头内的6DoF设备，可以让医生可以进行较好的研究。新的感测器接收发射器（cubic transmitter或flat transmitter）产生的脉冲直流磁场，医疗产品代工生产商可以以此资料进行整合[4]。
像船只在海上的行动就是一个六自由度的例子。可以描述如下[5]：
平移：
- 沿X轴前后移动
- 沿Y轴左右移动
- 沿Z轴上下移动
旋转：
- 绕X轴旋转（翻滚、roll）。
- 绕Y轴前后旋转（俯仰、pitch）
- 绕Z轴左右旋转(偏摆、yaw）。
依运作范围分类 编辑
六自由度系统依运作范围可以分为三类：分别是直接型（Direct）、半直接型（Semi-direct，或称为条件型）、以及非直接型（Non-direct），这三类都和机械运作需要的时间、执行运作需要的能量、运作是由人或是电脑下达指令无关。
- 直接型（Direct type）：在正常运作下，可以针对某一自由度直接进行控制，不需要特殊的的条件（例如飞机上的副翼）。
- 半直接型（Semi-direct）：在特殊条件成立，才可以针对某一自由度直接进行控制（例如飞机上的推力反向器）。
- 非直接型（Non-direct）：自由度的调整是透过和环境的交互作用来达成，不能直接控制（例如海上船只的俯仰运动）。
有些系统也会出现过渡型的情形。例如航天飞机在太空中飞行时，因为可以直接控制六个自由度，六自由度都是直接型。但在返回地面，进入大气层的过程中，因为许多技术限制，无法进行六自由度的直接型控制。
游戏 编辑
在电脑游戏中，也会用自由度来说明游戏中允许活动的程度。
第一人称射击游戏（FPS）一般会有五个自由度：前进／后退、往左／往右移动、上／下（跳跃／蹲伏／躺下）、左转／右转及往上看／往下看。若游戏允许让主角往左／右倾斜身体，则有六个自由度，不过这个不太容易准确的进行控制。
六自由度（6DoF）有时也用来描述允许自由移动的游戏，可能不一定有六个自由度，例如死亡空间2、甚至万舰齐发及终极地带系列都允计自由移动。
也有一些真正有六自由度的游戏，包括在三轴的平移以及在三轴的旋转，例如Shattered Horizon、天旋地转、Retrovirus、Miner Wars、Space Engineers等。
像TrackIR之类的运动跟踪设备也会用在六自由度的头部追踪。像飞行模拟器及其他车辆模拟器中会用到，在游戏中需要环顾驾驶舱找到敌人，或者只是避免在游戏中发生意外。
有时也会出现三自由度（3DoF），这表示允许在三个轴平移，但不允许旋转。
PC运动控制器Razer Hydra利用二个nunchuck的Wii遥控器来追踨位置及转动，每一只手都有六个自由度。
相关条目 编辑
参考资料 编辑
- ^ Paul, Richard P., Robot Manipulators: Mathematics, Programming, and Control, MIT Press, 1981.
- ^ Luke, a new prosthetic arm for soldiers. ted.com. 2007-03-01 [2017-02-26]. （原始内容存档于2014-02-18）.
- ^ Craig, John J., Introduction to Robotics: Mechanics and Control, Addison-Wesley, 1986.
- ^ Medical News Today. （页面存档备份，存于互联网档案馆） Ascension Develops World's Smallest Six Degrees-of-Freedom Sensor For Emerging Medical Procedures. 25 Aug 2008
- ^ Summary of ship movement (PDF). [2017-03-11]. （原始内容存档 (PDF)于2011-11-25）.