7.機械人姿態的數學描述和坐標變化

Mondo 科技 更新 2024-02-09

直接從最後乙個剛體的空間旋轉切換到機械人相關術語。

1.機械人姿勢的數學描述和坐標變換。

1.1 姿勢描述。

b} 的相對姿態描述由 3x3 矩陣表示為:

哪裡

它是三個單位的正交主向量,表示剛體坐標系xbybzb在參考係中三個軸的方向,xbxa表示坐標軸xb與坐標軸xa之間的角度,其他相似。

姿態矩陣

它具有以下特點:

1> 中有 9 個元素,但只有 3 個是獨立的,有 6 個約束:

2.>為單位正交矩陣,具有以下特點:

1.2 坐標系的旋轉(同原點)。

空間中的任何點 p 在不同的坐標系中都有不同的描述。 為了闡明從乙個坐標系描述到另乙個坐標系描述的關係,需要討論這種變換的數學問題。

坐標系和坐標系具有相同的坐標原點,但兩者的方向不同,如圖所示。 帶旋轉矩陣

描述相對方位角。 同一點 p 在兩個坐標系中描述,pb 具有以下變換關係:

除其他外

表示相對於坐標系的姿態,稱為旋轉變換矩陣,簡稱旋轉矩陣。 旋轉矩陣具有與姿態矩陣相同的特徵:

1.3. 圍繞單個坐標軸旋轉的坐標系的旋轉矩陣。

1.4 繞多個軸旋轉的坐標系的旋轉矩陣。

它可以分為兩類問題:繞坐標系的多個軸旋轉和圍繞固定坐標系的多軸旋轉。

1.4.1圍繞坐標系的多個軸旋轉的旋轉矩陣。

直截了當地得出結論,不要勉強。

坐標系繞其 z 軸旋轉。

角度,則獲得新的坐標系,然後圍繞其 y 軸旋轉坐標系。

角度,則獲得新的坐標系,坐標系繞其 z 軸旋轉。

旋轉拐角以獲取新的坐標系並找到旋轉矩陣。

結論:旋轉矩陣等於圍繞三個坐標軸旋轉的旋轉矩陣的順序積。

1.4.2旋轉矩陣圍繞確定坐標系的多個軸旋轉。

坐標系繞其 z 軸旋轉。

角度,得到乙個新的坐標系,坐標系繞坐標系的z軸旋轉。

角度,獲取新的坐標系,並找到旋轉矩陣。

結論: 圍繞固定坐標系x、z兩個軸旋轉的旋轉矩陣等於圍繞z軸和x軸旋轉的兩個旋轉矩陣的乘積。

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