三维刚体运动基础系列 之 轴角!

轴角姿态表达,以及轴角微分推导

Posted by CongYu on June 4, 2021

DEMO


Created 2021.06.04 by Cong Yu; Last modified: 2021.06.04-v1.0.2

Contact: windmillyucong@163.com

Copyleft! 2022 Cong Yu. Some rights reserved.


AngleAxis

基本概念

  • 三维中的任一位姿,都只有两种轴角表达,两个的关系是直接取负
  • 用一个单位向量描述旋转轴,外加一个角度描述旋转角度。一起4各参数描述三维旋转。
  • 也可以使用非归一化的旋转轴描述三维旋转。
  • 轴角表达也不是唯一的,一个姿态可以有两种表达。

img

约定
  • robot坐标系 front x, left y, up z
  • 欧拉角顺序 zyx ypr yaw pitch roll
  • $\Psi$ 方向或偏航 (heading or yaw)
    • $\theta$ 升降或俯仰 (elevation or pitch)
    • $\phi$ 倾斜或横滚 (bank or roll)

Rotations with axis and angle representation

构成 \(V = (v_x, v_y, v_z) \\ \theta\)

  • notice: simultaneous rotation around a normalized vector $V$ by angle $\theta$

描述姿态

描述转动

特性

  • one solution to gimbal lock
  • no “order” of rotation, all at once around that vector