Que signifie les degrés de liberté?

Tout ce que nous faisons et savons se déroule dans un espace tridimensionnel. Pour décrire au mieux la façon dont les objets se déplacent dans cet espace, il faut une compréhension des «degrés de liberté». La plupart des gens connaissent un avion XY, qui décrit un espace plat et infini. Étant donné que tout point de cet avion peut être placé à un endroit exact, simplement en décrivant cet emplacement avec deux nombres, il aurait deux degrés de liberté.

Si nous ajoutons un autre axe, appelé l’axe Z, tout emplacement dans cet espace peut être décrit par une séquence de trois nombres. Ceci est connu comme ayant trois degrés de liberté. Dans cette description, un objet peut se déplacer d’un endroit à un autre en glissant le long de chaque axe. Pour représenter la position (3, -2, 5), vous déplaceriez trois étapes dans la direction + x, puis deux étapes dans la direction -y et enfin cinq étapes dans la direction + z.

Bien que cela soit utile pour résoudre des problèmes mathématiques, il manque le monde réel du mouvement à travers l’espace qui comprend le mouvement de rotation des objets. Un modèle utile consiste à imaginer un avion dans l’air. De toute évidence, l’avion peut se déplacer vers le bas, gauche-droite et avant-arrière. Ce sont les trois degrés de liberté que nous avons introduits pour décrire la position de l’avion dans l’espace tridimensionnel de l’atmosphère. Cependant, l’avion peut également tourner le long de trois axes. Pour décrire ces mouvements, nous introduisons trois degrés de liberté supplémentaires. Rouler la gauche à droite autour d’une ligne imaginaire alignée avec le mouvement vers l’avant de l’avion est l’appel «rouleau». Le balancement de gauche à gauche est appelé YAW et le mouvement supérieur du nez est connu sous le nom de tangage. Décrire ces six degrés de liberté peut décrire complètement le mouvement d’un objet se déplaçant dans l’espace.

Tous les objets ont le potentiel de se déplacer dans les six degrés de liberté (DOF): navires, drones, robots, machines, même le corps humain. Une auto-démonstration facile consiste à faire un poing avec votre main dominante et à vous prouver que vous pouvez déplacer votre main vers l’avant / dos, côté / côté et haut / bas. Ensuite, vous pouvez le déplacer plus loin dans le rouleau, le tangage et le lacet. Cela devrait commencer à vous donner une idée de la complexité nécessaire pour imiter les mouvements humains avec un robot. Si vous incluez tous les mouvements des doigts, plus le pouce et le poignet, il y a un total de 39 degrés de liberté dans la main / poignet humaine.