本文探讨了如何计算机械臂的欧拉角(涵盖ZYZ和ZXY轴顺序)及其对应的旋转矩阵,为机器人姿态控制提供理论支持。
计算机械臂的欧拉角涉及将欧拉角转换为旋转矩阵以及从旋转矩阵反向推导出欧拉角的过程。在不同类型的机器人系统中,可以选择两种主要的欧拉角序列:ZYZ 和 ZYX。
例如,ABB 机器人的坐标系使用的是 ZYX 格式;川崎机器人则采用 OAT 参数(等同于 ZYZ 序列)来定义其机械臂的姿态。
在旋转顺规方面,存在总共12种不同的欧拉角序列。这些可以分为两类:六种涉及三个不同轴的组合 (Tait-Bryan Angle),包括 XYZ、XZY、YXZ、YZX、ZXY 和 ZYX;另外六种只使用两个相同或相邻轴进行两次旋转(Proper Euler Angle),例如 XYX, YXY, XZX, ZXZ, YZY 和 ZYZ。如果连续的两次旋转是围绕同一个轴,如 XXY,则可以简化为 XY。因此,理论上只有12种基础组合顺序能表示三维空间中的所有可能姿态变换。