原创 四元数,欧拉角和旋转矩阵的各自的优点用途

2010-5-10 19:58 15540 6 7 分类: 测试测量
四元数表示姿态:四元数表示姿态主要是用在捷连惯导系统陀螺运算姿态(山寨的动态姿态就是这样算出来的),3D游戏(因为运算简单,不像欧拉角需要大量的
三角函数,但是这个领域我不太懂),是用4个数来表示一个姿态,这四个数的平方和为1(曾经我认为,既然欧拉角能用3个数表示,现在用四个数来表示,是不
是会有过定义的情况,同样有这个想法的看客可以打消,因为这四个数是相互约束的,不像欧拉角三个角度是独立的),四元数通常简写为
Q0,Q1,Q2,Q3,其中Q0表示一个旋转角度(后面有描述),Q1,Q2,Q3表示的是一个空间向量,四元数的物理意义就,物体从姿态原点(可认为
是三个欧拉角都是0的姿态),围绕向量(Q1,Q2,Q3)旋转一个角度f(Q0)
(这里注意,旋转的是一个和Q0有关的角度),这个物理意义我是看了好久领悟了好久在一天凌晨2点刷牙时才领悟出来的,不知道看客能领悟这个意义不~~
欧拉角表示姿态:据我查资料,欧拉角在航空领域又被叫做泰特-布莱恩特,由pitch(俯仰角),roll(横滚角),yaw(导航角)构成,把被观测物
体看作飞机,pitch的范围是(-90~90),roll和yaw的范围都是(-180~180),该姿态角在东北天坐标系(在地面,以东面为X轴的正
方向,北面为Y轴的正方向,天(上面)为Z的正方向)中,按照右手定则,逆时针方向为增加~很多教材很多资料在这个领域都不是很统一,我只根据著名的
xsens公司的ahrs来定义的,我的山寨ahrs是按照这个范围来做的,以后的讨论也是按照这个规则来(我看过很多书,很多网上资料,这些定义都不尽
相同,虽然相互可以转化,但是我还是喜欢xsens这个定义)但是,欧拉表示有个致命的弱点,就是万向节死锁,有意的同志可以去搜索下

姿态矩阵(旋转矩阵)表示姿态:姿态矩阵是一个3x3的矩阵,姿态矩阵通常用在工业机器人这样的一些有级联旋转机构的东西上,例如,机器人的手臂
此刻处于零姿态,一级手臂末端点空间坐标为(X0,Y0,Z0),这相当于一个已知数,现在手臂旋转运动到某一姿态,这个时候的一级手臂末端点空间坐标为
(X1,Y1,Z1),请问我怎么求的现在这个坐标(X1,Y1,Z1)?这个时候姿态矩阵就起到作用了~~因为机械臂的旋转是由电机驱动的,电机旋转了
多少角度可以通过编码器知晓,那么,就能找到这个时候手臂的欧拉角姿态(以后分析怎么得到),通过欧拉角就可以算出旋转矩阵,在用(X0,Y0,Z0)的
转置(3行1列的向量)去乘以这个矩阵,得到的一个3行1列的向量,就能得到(X1,Y1,Z1),就是这么的,同理手臂的第二级,第三级。。。都可以这
样求得~~~

文章评论1条评论)

登录后参与讨论

用户326825 2010-9-13 23:35

博主你好,我是一名本科大学生,现在在做一个pirate的srtp项目,其实就是自己亲手制作一个运用您已经能够熟练掌握的技术的姿态导航系统(基于dsp)。但是由于是完全要自己研究并且完成我们的项目,但是作为一个大三的学生有欠缺必要的知识与经验,我们老师的意思就是让我们能后自己查阅资料自己找导师,在看了您的有关文章之后觉得在这方面您具有非常丰富的经验而且您在理论上的造诣也已经打到非常高的境界,所以在这里有个不情之请就是您能不能够在百忙之中指导我们一番,讨论一下您的经验之举。如果可以实在是非常感谢以下是我的邮箱1026189878@qq.com
相关推荐阅读
用户47232 2010-05-12 18:10
加速度计,磁场计的标定困难
由参数那篇文章可知,传感器最重要的两个参数是零点和灵敏度~~这种场传感器的零点和灵敏度怎么标定呢。。。首先。。灵敏度的标定需要在零点确定以后才有可能进行~~以加速度计为例,我在地球这个环境里。。任何地...
用户47232 2010-05-10 20:12
四元数,欧拉角及姿态矩阵的相互转换
网上太多的将转换的了,翻来覆去转载没有意义。。奉上源码,TC下直接编译即可~~在附上编译好了的exe可以直接下载运行~~../upload/2010/5/10/6c4dc8dd-9abf-4c27-b...
用户47232 2010-05-10 13:31
传感器的不对齐度
传感器的不对齐度包括不正交度和不对准度不正交度就是说我们的同一个传感器(例如加速度计)本来三轴应该是相互正交的,各成九十度的夹角,但是我们知道这个理想的状态是不可能的…芯片制造商制造出的三轴芯片本身内...
用户47232 2010-05-09 22:50
磁场计为什么很难标定
如果用过磁场计的朋友肯定都会发现。。磁场计标定出好的零点和灵敏度比较困难~~为什么标定磁场计如此困难。。原因就是:我们的这个环境磁场很复杂,不纯净~地球的自然磁场为0.5高斯,而一块普通的磁铁南北极的...
用户47232 2010-05-09 22:31
传感器的主要参数
我所关心的传感器的主要参数是零点和灵敏度,和线性度,噪声密度及温度稳定特性~~线性度不好的传感器不能选。。特别是这种运动传感器。。很难人工标定的方式去修正非线性度。。特别是这种测量惯性的器件~~我们选...
我要评论
1
6
关闭 站长推荐上一条 /2 下一条