第三章 数学基础课件.ppt

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Robotics 数学基础 习题:3.9 解一 Robotics 数学基础 习题:3.9 解一 Robotics 数学基础 习题:3.9 解一 Robotics 数学基础 习题:3.9 解一 Robotics 数学基础 习题:3.9 解一 * Robotics 数学基础 3.1 工业机器人位姿描述 1.位置描述 在直角坐标系A中,空间任意一点p的位置可用3x1列向量(位置矢量)表示: 位置矢量Ap xA yA zA oA p Ap 矢量和表示 矢量的模 Robotics 数学基础 3.1工业机器人位姿描述 2、点的齐次坐标 其中:a=ωpx,b=ωpy,c=ωpz。 Robotics 数学基础 3.1工业机器人位姿描述 3、坐标轴的方向描述 若用 来表示直角坐标系中X、Y、Z坐标轴的单位向量,用齐次坐标来描述X、Y、Z轴的方向,则有 Robotics 数学基础 3.1工业机器人位姿描述 3、坐标轴的方向描述 规定:  列阵[a b c 0]T中第四个元素为零, 且a2+b2+c2=1, 表示某轴(或某矢量)的方向;  列阵[a b c ω]T中第四个元素不为零, 则表示空间某点的位置。 Robotics 数学基础 例3.1 用齐次坐标写出图中矢量u v w的方向列阵。 Robotics 数学基础 3.1工业机器人位姿描述 4、动坐标系位姿的描述 动坐标系位姿的描述就是用位姿矩阵对动坐标系原点位置和坐标系各坐标轴方向的描述。该位姿矩阵为( )的方阵。 Robotics 数学基础 3.1工业机器人位姿描述 5、刚体位姿的描述 机器人的每一个连杆均可视为一个刚体,若给定了刚体上某一点的位置和该刚体在空中的姿态,则这个刚体在空间上是唯一确定的,可用唯一一个位姿矩阵进行描述。 Robotics 数学基础 例3-2:下图表示固连于刚体的坐标系{B}位于OB点,XB=10,YB=5,ZB=0。ZB与画面垂直,坐标系{B}相对固定坐标系{A}有一个30°的偏转,试写出表示刚体位姿的坐标系{B}的(4×4)矩阵表达式。 Robotics 数学基础 3.1工业机器人位姿描述 6、手部位姿描述 Robotics 数学基础 手部的位置矢量为固定参考系原点指向手部坐标系{B}原点的矢量p,手部的方向矢量为n、o、a。于是手部的位姿可用(4X4)矩阵表示为 Robotics 数学基础 例3-3:下图表示手部抓握物体Q,物体为边长2个单位的正立方体,写出表达该手部位姿的矩阵式。 抓握物体Q的手部 Robotics 数学基础 7、目标物位姿的描述 下图中的物体可以由{(1,0,0), (-1,0,0), (-1,0,2), (1,0,2), (1,4,0), (-1,4,0)}表示。如果该物体在基坐标系中先绕z轴旋转90°,再绕y轴旋转90°,再沿x轴平移4,求物体6个顶点的位置。 x y z o o1 x y z o o1 x1 y1 z1 x y z o o1 z1 y1 x1 x y z o o1 x1 z1 y1 Robotics 数学基础 这个变换矩阵表示对原参考坐标系重合的坐标系进行旋转和平移操作。 ? ? Robotics 数学基础 绝对变换:如果所有的变换都是相对于固定坐标系中各坐标轴旋转或平移,则依次左乘,称为绝对变换。 相对变换:如果动坐标系相对于自身坐标系的当前坐标轴旋转或平移,则齐次变换为依次右乘,称为相对变换。 Robotics 数学基础 3.2齐次变换及运算 1、齐次坐标性质 三维空间中任一点P可以用直角坐标表示,也可以用不同时为零的4个数(x1,x2,x3,x4)来表示,称为齐次方程。 齐次坐标与直角坐标的关系为: Robotics 数学基础 齐次方程有以下性质: 空间一点P的直角坐标是单值的,但对应的齐次坐标是多值的;即齐次坐标可以是 ,其中a为非零值。 x4为比例坐标,表示点P的各直角坐标值与对应的齐次坐标之间的比例关系,x4不为零时,齐次坐标才能确定三维空间中唯一的点。 直角坐标原点的齐次坐标为(0,0,0,x4),x4=0时,是无意义的。 齐次坐标(1,0,0,0)表示指向无穷远的ox轴方向,同理(0,1,0,0)和(0,0,1,0)则表示指向无穷远的oy,oz轴方向。 Robotics 数学基础 2、齐次坐标的矢量计算 三维空间矢量为 , 其中 -ox,oy,oz轴上的单位矢量 矢量 的齐次坐标为[x,y,z,w]T,一般常取w=1。 矢

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