6つの自由度

6 自由度( 6DOF ) 、または6 運動度とは、 3 次元空間における剛体の6 つの機械的運動自由度を指します。具体的には、剛体は3 つの垂直軸で前後 (波打つ)、上下 (上下動)、左右 (動揺) の移動として位置を自由に変更できます。また、3 つの垂直軸 (ヨー (法線軸) 、ピッチ (横軸)、ロール (縦軸) と呼ばれることが多い) の周りの回転による向きの 変更もできます。

3自由度（3DOF ）は、仮想現実の文脈でよく使われる用語で、通常はピッチ、ヨー、ロールの回転運動のみを追跡することを指します。^{[1] [2]}

シリアルおよびパラレル マニピュレータシステムは、一般的に、 3 つの並進自由度と 3 つの方向自由度で構成される 6 つの自由度でエンド エフェクタを配置するように設計されています。これにより、アクチュエータの位置と、順方向および逆方向の運動学によって定義されるマニピュレータの構成との間に直接的な関係が提供されます。

ロボットアームは自由度によって表現されます。これは、システムの総合的な位置決め能力を測定する抽象的な自由度の定義とは対照的に、実用的な測定基準です。^[3]

2007年、セグウェイの発明者であるディーン・ケイメン氏は、 DARPA向けに14自由度のロボットアームのプロトタイプ^[4]を発表しました。ヒューマノイドロボットは通常、30以上の自由度を持ち、腕ごとに6自由度、脚ごとに5～6自由度、胴体と首にさらにいくつかの自由度があります。^[5]

この用語は、機械システム、特に生体力学システムにおいて、6 つの自由度すべてを考慮する必要があるこれらのタイプのシステムの特性を分析および測定するために重要です。6 つの自由度の測定は、現在、位置データと角度データを処理ユニットに送信するセンサーの AC および DC 磁場または電磁場によって行われます。データは、ユーザーのニーズとプログラミングに基づいてデータを統合するソフトウェアによって関連付けられます。

移動ユニットの 6 つの自由度は、以下に説明する 2 つの運動クラスに分類されます。

翻訳用封筒:

1. X軸上で前後に移動します。(サージ)
2. Y軸上で左右に移動します。(揺れ)
3. Z軸に沿って上下に動きます。（上下）

回転封筒:

1. X軸上で左右に傾けます。（ロール）
2. Y軸を中心に前後に傾けます。(ピッチ)
3. Z軸上で左右に旋回します。(ヨー)

バーチャルリアリティなどに使用されるヘッドセットの場合、回転エンベロープは次のように考えることもできます。

• ピッチ:うなずいて「はい」
• ヨー：振って「いいえ」
• ロール：左右に揺れる

6 自由度には 3 種類の操作範囲があります。これらの種類は、直接、半直接(条件付き)、非直接であり、いずれも、操作の実行に残っている時間、操作を実行するために残っているエネルギー、そして最後に、動作が生物学的実体 (人間など)、ロボット的実体 (コンピューターなど)、またはその両方を介して命令されているかどうかに関係なく適用されます。

1. 直接型：特に条件を持たずに直接指示できる程度で、通常の操作として説明できる。（基本的な飛行機のエルロン）
2. 半直接型：特定の条件が満たされると、ある程度の推進力を発揮できる。（航空機の逆推力）
3. 非直接型：環境との相互作用によって達成され、制御できない程度に関与する。（海上での船舶のピッチング運動）

一部の乗り物には過渡的タイプも存在する。例えば、スペースシャトルが低地球軌道で運航していたとき、宇宙空間の真空中ではリアクションホイールとRCSスラスタを介して6度を制御できたため、この乗り物は完全直進6度と表現された。しかし、スペースシャトルが地球の大気圏を下降して帰還していたときは、翼と操縦翼面を使って空中を滑空していたため、完全直進6度は適用できなくなった。

6 自由度は、ビデオ ゲーム プレイにおける動きにも当てはまります。

一人称シューティング(FPS) ゲームでは、一般的に 5 つの自由度が提供されます。前方/後方、左/右へのスライド、上/下 (ジャンプ/しゃがむ/横に​​なる)、ヨー (左/右に曲がる)、ピッチ (上/下を見る) です。ゲームで傾斜制御が許可されている場合、これを 6 番目の自由度と見なす人もいますが、傾斜は限定された部分的な回転であるため、これは完全に正確ではない可能性があります。

6DOFという用語は、動きの自由度は許可しているものの、必ずしも 6DOF の基準を完全に満たしているわけではないゲームを説明するために使用されることがあります。たとえば、Dead Space 2や、程度は低いもののHomeworldとZone Of The Endersでは、動きの自由度が許可されています。

3 つの移動軸と 3 つの回転軸すべてを独立して制御できる真の 6DOF ゲームの例としては、Elite Dangerous、Shattered Horizo​​n、Descentシリーズ、Everspaceシリーズ、Retrovirus、Miner Wars、Space Engineers、Forsaken、Overload ( Descentの同じ制作者による) などがあります。宇宙 MMO のVendetta Onlineも 6 自由度を備えています。

TrackIRなどのモーション トラッキング ハードウェア デバイスや Eyeware Beam などのソフトウェア ベースのアプリは、6DOF ヘッド トラッキングに使用されます。このデバイスは、コックピット内を見回して敵を見つけたり、ゲーム内で事故を回避したりする必要があるフライト シミュレーターやその他の車両シミュレーターでよく使用されます。

3 次元での動きを意味し、回転を意味しない 3DOFという頭字語が時々使用されます。

PC 用モーション コントローラーである Razer Hydra は、2 つの有線ヌンチャクの位置と回転を追跡し、それぞれの手に 6 度の自由度を提供します。

SpaceOrb 360は、1996 年にリリースされた 6DOF コンピュータ入力デバイスで、元々は SpaceTec IMC 社 (最初はLabtec社に買収され、その後Logitech社に買収された) によって製造および販売されていました。同社は現在、主にプロのCAD業界をターゲットにした3Dconnexionシリーズの 6DOF コントローラーを提供しています。

HTC VIVE と一緒に販売されるコントローラーは、コントローラーの位置を決定するために Time of Flight (TOF) テクノロジーを採用した Lighthouse によって 6DOF 情報を提供します。

• 自由度（力学）  – 機械システムの状態を定義するために必要な独立したパラメータの数
• 自由度問題 - 多関節物体が動きを実現する複数の方法
• オイラー角 – 剛体の向きの説明
• 幾何学的位置用語 - 物体の形状と位置に対する方向または位置
• 船の運動 – 運動の6つの自由度に関連する用語
• 航空機の主軸 – 航空における主な方向