Degree of Freedom
Wikipedia : Degrees of freedom : 물리와 화학에서, 어떤 요소나 시스템이 움직일 수 있는 각각의 독립적인 모드가 하나의 자유도이다. 아령모양의 수소분자의 경우에 3 개의 그런 모드가 있는데 rotation (twirling), translation (hurling through space), vibration (the two dumbbell "balls" bouncing together and apart) 이 그것이다. 열역학에 따르면 하나의 시스템의 모든 요소에서의 각 자유도는 평균적으로 같은 에너지 (기본적인 Boltzmann 상수에 그 시스템의 온도를 곱한, kT 와 같다) 를 포함한다. 양자역학과 특히 Heisenberg 의 불확정성원리 (Uncertainty Principle)에 따르면, 어떤 자유도내에서의 에너지 양은 결코 zero 가 아니지만, 적어도 그 모드에서의 zero point energy 와 항상 같다.
기계공학과 항공공학에서는 자유도는 운동의 유연성을 묘사한다. 완전하게 자유로운 운동 (비록 제한된 영역이거나 밀폐된 곳에서이긴 하지만) 을 가지는 메카니즘은 6 개의 자유도를 가진다. 3 개의 모드는 translation (3 차원 각각에서 움직이는 능력) 이다. 3 개는 rotation, 또는 3 개의 수직축 주위의 각을 변화시키는 능력이다. 더 단순하게 표현하면 다음의 각각은 하나의 자유도이다 :
예를들면 올리고 내리고, 앞으로 뒤로 기울이고, 왼쪽으로 오른쪽으로 기울일 수 있는 피봇 축을 가지는 메카니즘은 3 개의 자유도를 가진다고 볼 수 있다 (보통 3 DOF 로 묘사).
자유도의 개념은 통계학에서도 사용되는데, 특히 chi-square distribution, F-distribution, Student's t-distribution 을 처리하는데 사용된다. 더 자세한 것은 Pearson's chi-square test 와 analysis of variance 을 참조하라
자유도 : James G. Keramas
그림 11 인간 손의 자유도
뼈들과 관절 배열은 로봇 시스템에서 발견될 수 없는 인간 손의 기민성을 준다. 로봇은 단지 6 개의 자유도로써 이러한 움직임을 구현하려고 하기 때문에, 로봇 시스템의 움직임은 서투르고 어색하게 보인다.
로봇 시스템의 팔에 있는 3 개의 자유도는 (1) 회전이동, (2) 방사이동, (3) 수직이동이다. 회전이동은 베이스에 대하여 회전하는 로봇 팔의 좌우 이음쇠와 같이 회전축에 대한 팔의 움직임이다. 방사이동은 베이스에 대하여 상대적으로 팔의 신장과 수축, 즉 입출운동이다. 수직이동은 로봇 시스템의 팔의 상하운동이다.
손목에 위치한 3 개의 자유도는 항공술의 용어에 따라 (4) 피치 (pitch) , (5) 요 (yaw) , (6) 롤 (roll) 이다. 피치는 손목의 상하의 움직임이다. 요는 손목의 좌우 움직임이다. 롤은 손의 회전이다. 그림 12 는 로봇 시스템의 6 개의 기본적 자유도를 도시한다.
그림 12 로봇 시스템의 6 개의 주요 자유도