(1) 三维空间刚体运动

1.点与坐标系

二维时:xy坐标和指向角度,例如扫地机器人,朝哪个方向运动 即 (x , y , θ )

向量的内积

向量的外积

 a × b = a的反对称矩阵 点乘 b  =a ^ b   其中 a^ 为a的反对称矩阵

坐标系:世界坐标系,机器人坐标系,传感器坐标系

2.旋转矩阵

考虑旋转不考虑平移,一个固定点(坐标旋转否它就在那里),在两个坐标系的向量相等。

向量与坐标不能等同,当指定坐标系时,向量才有坐标,有实数对应。向量的坐标取值与向量和坐标系有关。

两边同时左乘一个向量,

使上式左边系数变成单位阵,即有

R为特殊正交群SO(3)。特殊正交群表示旋转,特殊欧式群SE(3) 表示变换即旋转+平移

性质:

有平移时

齐次形式

特殊欧式群

变换矩阵T的逆

3.旋转向量和欧拉角

旋转向量:

方向为旋转轴,长度为转过的角度

旋转向量到旋转矩阵的转换公式,罗德里格斯公式Rodrigues's Formula

旋转矩阵到旋转向量

关于转轴n,旋转轴上的向量在旋转后不变,说明Rn=n。转轴n是矩阵R特征值1对应的特征向量。

欧拉角

将旋转分解为三个方向的转动

例如RPY roll pitch yall

想象飞机的飞行

1 绕Z轴旋转,得到偏航角yaw

2 绕旋转后的Y轴旋转,得到俯仰角 pitch

3 绕旋转后的X轴旋转,得到滚转角roll

 欧拉角存在万向锁问题

存在奇异性,消失一个自由度

不适合插值和迭代,多用于人机交互,slam中少用

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转载自www.cnblogs.com/skyturtle/p/9696939.html