ست درجات من الحرية

تشير ست درجات من الحرية ( 6DOF )، أو أحيانًا ست درجات من الحركة ، إلى درجات الحرية الميكانيكية الست لحركة جسم صلب في الفضاء ثلاثي الأبعاد . وبالتحديد، يكون الجسم حرًا في تغيير موضعه كحركة للأمام/للخلف (اندفاع)، وللأعلى/للأسفل (ارتفاع)، ولليسار/لليمين (تأرجح) في ثلاثة محاور متعامدة ، بالإضافة إلى تغييرات في الاتجاه من خلال الدوران حول ثلاثة محاور متعامدة، والتي غالبًا ما تسمى الانعراج (المحور العمودي)، والميل (المحور العرضي)، والدوران (المحور الطولي).

يشير مصطلح "ثلاث درجات من الحرية " ( 3DOF )، والذي يُستخدم غالبًا في سياق الواقع الافتراضي ، عادةً إلى تتبع الحركة الدورانية فقط: الميل، والانعراج، والدوران. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

تُصمَّم أنظمة المناولة التسلسلية والمتوازية عمومًا لتحديد موضع أداة طرفية بست درجات حرية ، تتكون من ثلاث في الحركة الانتقالية وثلاث في التوجيه. وهذا يوفر علاقة مباشرة بين مواضع المشغلات وتكوين المناولة المحدد بحركتها الأمامية والعكسية .

تُوصَف أذرع الروبوت بدرجات حريتها . وهذا مقياس عملي، على عكس التعريف المجرد لدرجات الحرية الذي يقيس القدرة الإجمالية للنظام على تحديد المواقع. ^{[ 3 ]}

في عام 2007، كشف دين كامين ، مخترع سيجواي ، عن نموذج أولي لذراع روبوتية ^{[ 4 ]} ذات 14 درجة حرية لصالح وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA) . عادةً ما تمتلك الروبوتات الشبيهة بالبشر 30 درجة حرية أو أكثر، مع ست درجات حرية لكل ذراع، وخمس أو ست درجات في كل ساق، والعديد من الدرجات الإضافية في الجذع والرقبة . ^{[ 5 ]}

يُعدّ هذا المصطلح مهمًا في الأنظمة الميكانيكية ، ولا سيما الأنظمة البيوميكانيكية ، لتحليل وقياس خصائص هذه الأنظمة التي تتطلب مراعاة جميع درجات الحرية الست. ويتم قياس درجات الحرية الست اليوم من خلال المجالات المغناطيسية أو الكهرومغناطيسية، سواءً كانت متناوبة أو مستمرة، في أجهزة استشعار تنقل بيانات الموقع والزاوية إلى وحدة معالجة. وتُصبح هذه البيانات ذات صلة من خلال برمجيات تُدمجها بناءً على احتياجات المستخدمين وبرمجتهم.

تنقسم درجات الحرية الست للوحدة المتحركة إلى فئتين حركيتين كما هو موضح أدناه.

أظرف الترجمة:

1. التحرك للأمام والخلف على المحور السيني. (موجة)
2. التحرك يمينًا ويسارًا على المحور Y. (التأرجح)
3. التحرك لأعلى ولأسفل على المحور Z. (الرفع)

الأظرف الدوارة:

1. الميلان من جانب إلى آخر على المحور السيني. ( الدوران )
2. الميل للأمام والخلف على المحور Y. ( الميل )
3. الانعطاف يمينًا ويسارًا على المحور Z. ( الانحراف )

فيما يتعلق بسماعة الرأس ، مثل تلك المستخدمة في الواقع الافتراضي ، يمكن أيضًا التفكير في الأغلفة الدورانية بالمصطلحات التالية:

• النبرة: إيماءة "نعم"
• ياو: هزّ "لا"
• التدحرج: التأرجح من جانب إلى آخر

توجد ثلاثة أنواع من نطاق التشغيل في درجات الحرية الست. هذه الأنواع هي المباشر ، وشبه المباشر (المشروط)، وغير المباشر، بغض النظر عن الوقت المتبقي لتنفيذ المناورة، والطاقة المتبقية لتنفيذها، وأخيرًا، ما إذا كانت الحركة يتم التحكم بها من خلال كيان بيولوجي (مثل الإنسان)، أو كيان آلي (مثل الحاسوب)، أو كليهما.

1. النوع المباشر : يمكن التحكم بدرجة معينة بشكل مباشر دون شروط محددة، ويُعتبر ذلك تشغيلاً عادياً. ( جنيح في طائرة أساسية)
2. النوع شبه المباشر : يتضمن درجة معينة يمكن التحكم بها عند استيفاء شروط محددة. ( الدفع العكسي في الطائرات)
3. النوع غير المباشر : ينطوي على درجة معينة من التحكم عندما يتم تحقيق ذلك من خلال التفاعل مع البيئة المحيطة ولا يمكن التحكم فيه. (حركة ميلان السفينة في البحر)

يوجد النمط الانتقالي أيضًا في بعض المركبات. على سبيل المثال، عندما كان مكوك الفضاء يعمل في مدار أرضي منخفض ، وُصف بأنه ذو ست درجات توجيه كاملة، لأنه في فراغ الفضاء، كان من الممكن التحكم في درجاته الست عبر عجلات رد الفعل ومحركات نظام التحكم في رد الفعل . ومع ذلك، عندما كان مكوك الفضاء يهبط عبر الغلاف الجوي للأرض للعودة، لم تعد درجات التوجيه الكاملة الست قابلة للتطبيق، حيث كان ينزلق في الهواء باستخدام أجنحته وأسطح التحكم .

يشير مصطلح "ست درجات من الحرية" أيضاً إلى الحركة في ألعاب الفيديو.

تُتيح ألعاب التصويب من منظور الشخص الأول (FPS) عادةً خمس درجات من الحرية: للأمام/للخلف، ولليسار/لليمين (التحرك الجانبي)، وللأعلى/للأسفل (القفز/الانحناء/الاستلقاء)، وللدوران (الالتفاف لليسار/لليمين)، وللنظر للأعلى/للأسفل. تتضمن بعض ألعاب FPS خاصية التحكم بالانحناء، وهي عبارة عن دوران جزئي بزاوية محددة لإخراج السلاح من حافة الجدار. يعتبر البعض الانحناء درجة حرية سادسة. في حين أن ألعاب منظور الشخص الأول السابقة، مثل Wolfenstein 3D و Doom، كانت تفتقر إلى خاصية الدوران، حيث كانت تُتيح أربع درجات حرية فقط.

يُستخدم مصطلح "6DOF" أحيانًا لوصف الألعاب التي تسمح بحرية الحركة، ولكنها لا تستوفي بالضرورة معايير "6DOF" الكاملة. على سبيل المثال، تسمح لعبة Dead Space 2 ، وإلى حد أقل، Homeworld و Zone Of The Enders، بحرية الحركة.

من الأمثلة على ألعاب 6DOF الحقيقية، التي تتيح التحكم المستقل في محاور الحركة الثلاثة ومحاور الدوران الثلاثة، ألعاب مثل Elite Dangerous و Shattered Horizon وسلسلة Descent وسلسلة Everspace و Retrovirus و Miner Wars و Space Engineers و Forsaken و Overload (من نفس مطوري Descent ). كما تتميز لعبة Vendetta Online، وهي لعبة تقمص أدوار جماعية عبر الإنترنت في الفضاء، بست درجات من الحرية.

تُستخدم أجهزة تتبع الحركة مثل TrackIR لتتبع حركة الرأس بست درجات حرية. ويُستخدم هذا الجهاز بكثرة في محاكيات الطيران ومحاكيات المركبات الأخرى التي تتطلب النظر حول قمرة القيادة لتحديد مواقع الأعداء أو ببساطة لتجنب الحوادث داخل اللعبة.

يُصادف أحيانًا الاختصار 3DOF ، الذي يعني الحركة في الأبعاد الثلاثة ولكن ليس الدوران.

جهاز Razer Hydra ، وهو وحدة تحكم بالحركة لأجهزة الكمبيوتر، يتتبع موضع ودوران اثنين من أجهزة الننشاكو السلكية ، مما يوفر ست درجات من الحرية لكل يد.

جهاز SpaceOrb 360 هو جهاز إدخال بيانات حاسوبي بست درجات حرية، تم إصداره عام 1996، وكان يُصنّع ويُباع في الأصل من قبل شركة SpaceTec IMC (التي استحوذت عليها شركة Labtec أولاً ، ثم استحوذت عليها شركة Logitech لاحقاً ). وتقدم الشركة الآن مجموعة 3Dconnexion من وحدات التحكم بست درجات حرية، والتي تستهدف بشكل أساسي قطاع برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) الاحترافية .

توفر وحدات التحكم التي تباع مع HTC VIVE معلومات 6DOF بواسطة جهاز الاستشعار، الذي يعتمد على تقنية وقت الرحلة (TOF) لتحديد موقع وحدات التحكم.

• درجات الحرية (الميكانيكا) - عدد المعاملات المستقلة اللازمة لتحديد حالة النظام الميكانيكي 
• مشكلة درجات الحرية – طرق متعددة للأجسام متعددة المفاصل لتحقيق الحركة 
• زوايا أويلر – وصف اتجاه الجسم الصلب 
• المصطلحات الهندسية للموقع – الاتجاهات أو المواضع بالنسبة لشكل وموقع جسم ما 
• حركات السفن – حركات السفن كما تحددها درجات حرية الحركة الست 
• المحاور الرئيسية للطائرات – الاتجاهات الرئيسية في مجال الطيران