7.机器人姿态的数学描述和坐标变化

小夏 科技 更新 2024-02-09

直接从最后一个刚体的空间旋转切换到机器人相关术语。

1.机器人姿势的数学描述和坐标变换。

1.1 姿势描述。

b} 的相对姿态描述由 3x3 矩阵表示为:

哪里

它是三个单位的正交主向量,表示刚体坐标系xbybzb在参考系中三个轴的方向,xbxa表示坐标轴xb与坐标轴xa之间的角度,其他相似。

姿态矩阵

它具有以下特点:

1> 中有 9 个元素,但只有 3 个是独立的,有 6 个约束:

2.>为单位正交矩阵,具有以下特点:

1.2 坐标系的旋转(同原点)。

空间中的任何点 p 在不同的坐标系中都有不同的描述。 为了阐明从一个坐标系描述到另一个坐标系描述的关系,需要讨论这种变换的数学问题。

坐标系和坐标系具有相同的坐标原点,但两者的方向不同,如图所示。 带旋转矩阵

描述相对方位角。 同一点 p 在两个坐标系中描述,pb 具有以下变换关系:

除其他外

表示相对于坐标系的姿态,称为旋转变换矩阵,简称旋转矩阵。 旋转矩阵具有与姿态矩阵相同的特征:

1.3. 围绕单个坐标轴旋转的坐标系的旋转矩阵。

1.4 绕多个轴旋转的坐标系的旋转矩阵。

它可以分为两类问题:绕坐标系的多个轴旋转和围绕固定坐标系的多轴旋转。

1.4.1围绕坐标系的多个轴旋转的旋转矩阵。

直截了当地得出结论,不要勉强。

坐标系绕其 z 轴旋转。

角度,则获得新的坐标系,然后围绕其 y 轴旋转坐标系。

角度,则获得新的坐标系,坐标系绕其 z 轴旋转。

旋转拐角以获取新的坐标系并找到旋转矩阵。

结论:旋转矩阵等于围绕三个坐标轴旋转的旋转矩阵的顺序积。

1.4.2旋转矩阵围绕确定坐标系的多个轴旋转。

坐标系绕其 z 轴旋转。

角度,得到一个新的坐标系,坐标系绕坐标系的z轴旋转。

角度,获取新的坐标系,并找到旋转矩阵。

结论: 围绕固定坐标系x、z两个轴旋转的旋转矩阵等于围绕z轴和x轴旋转的两个旋转矩阵的乘积。

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