《机器人学导论》学习笔记(二)——算子、变换、姿态描述、等效旋转矩阵

一、算子

首先注意:“算子”不涉及坐标系的变换。而“映射”会涉及多个坐标系。
旋转算子:
图一

而我们对比映射那里,我们知道AB两个系中,
在这里插入图片描述那就有人会问,欸R不都是一个变换描述吗?那为什么“算子”中左乘R是把初始向量变为变换后的,而“映射”是把变换后(B系)的变为变换前(A系)的?

如果你问出这个问题,那一定要理解清这里的关系。搞清这一点对后面的知识很重要。

1.首先要明白矢量是相对参考系来说的
就像P左上角的B,意思就是BP表示的是B系下P的描述(也就是B下3,4,5换成A就不一定是了)
而ABR是B系相对A系的“描述”,什么叫“描述”?描述就是,B在A右边5m,C在B右边3m,那C就在A右边8m呗。“描述”自然是叠加的,所以AP=ABR*BP很好理解。
2.然后,A系下的(a,b,c)和B系下的(a,b,c)显然不是一个位置,但是同一个数值

你说,这不废话吗?
对,说完废话咱上正题。用映射知识来解释算子。

“算子”可以用这么一个问题来表述:已知P1和旋转R,求旋转后的P2。在这里插入图片描述
先明确我们需要求的东西:P2在A系下的描述

首先我们建坐标系B,使P2在B系下的描述与P1在A系下相同。
在这里插入图片描述
所以,
在这里插入图片描述

二、固定角与欧拉角

好,如果理解了一,那你就会明白,为什么固定角是矩阵向左乘而欧拉角是矩阵向右乘。
XYZ固定角:在这里插入图片描述
ZYX欧拉角:
在这里插入图片描述
因为固定角中坐标系A是不变的,所以可以看作向量旋转。旋转就和“一”中一样左乘,只不过是有三个向量(三个轴)。
而欧拉角中就没有这么一个不变的系了。但它可以看作坐标系间的“描述“关系。
在这里插入图片描述

那固定角那种方式就不能看成坐标系间的“描述“关系了?
当然可以啊!但他不方便。你看看R是怎么算的,
在这里插入图片描述

这前后咋算投影??就没法算!!按向量旋转理解那计算量多香~

三、等效角度-轴线表示法

这里主要说一下等效旋转矩阵的推导。
在这里插入图片描述
首先我们明确需要求的东西,即旋转矩阵是什么:变换后的坐标系相对A系的描述
那我们可以把这个系看作三个向量
即:取其中一个向量P。我们知道最初P在A中的描述AP,要求变换后A系中的AP’。
但你看,这旋转操作的轴不好搞啊!所以我们首先换个好搞的系。

1.建系,使K是新系B的一个坐标轴(以Y轴为例)

在这里插入图片描述
2.描述与换系后的描述
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
可解得等效旋转矩阵。

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/npuqiyi/article/details/107773603