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題目:比較分析,找出一種適合乒乓球機器人的末端姿態(tài)的歐拉角方法姿態(tài)的歐拉角表示任何旋轉矩陣都可以通過三個歐拉角進行參數(shù)化,一般來說,繞三個坐標軸的順次旋轉可以達到任意的姿態(tài),由于旋轉矩陣的乘法是非交換的,因此旋轉的次序是很重要的。按照旋轉所繞軸的次序的不同,共有12種不同的歐拉角。六種非對稱型歐拉角:XYZ,XZY,YXZ,YZX,ZXY和ZYX;六種對稱型歐拉角:XYX,XZX,YXY,YZY,ZXZ和ZYZ。記繞三個坐標軸的基本旋轉矩陣為:1、非對稱型歐拉角表示當三個旋轉所繞的坐標軸相互不同時,稱為非對稱型歐拉角表示。以XYZ歐拉角為例,假定起始時物體坐標系與慣性坐標系重合,首先剛體繞物體坐標系的x-軸旋轉α角,接著繞y-軸旋轉β角,最后繞z-軸旋轉角,則剛體最終的姿態(tài)矩陣為:上式給出了XYZ歐拉角參數(shù)的正運動學方程,反解該式可求得其逆運動學方程,給定姿態(tài)矩陣R=【rij】3×3時,可求得其逆運動學方程為:從上式可以看出,當β=π2時,逆運動學存在奇異。其他五種非對稱型歐拉角表示的姿態(tài)矩陣計算結果列于表1。寫成向量形式有:此處稱為XYZ型歐拉角參數(shù)表示的雅克比矩陣,由detJXYZ=cosβ可知,JXYZ在β=π/2時出現(xiàn)奇異,這就是XYZ型歐拉角參數(shù)的一階運動奇異位形。其他歐拉角參數(shù)表示的雅可比矩陣列于表3和表4。從表3可以看出,非對稱型歐拉角表示的雅可比矩陣都在β=π/2時出現(xiàn)奇異,因此它們存在大角度的一階運動奇異;從表4可以看出,對稱型歐拉角表示的雅可比矩陣都在β=0時出現(xiàn)奇異,因此它們存在小角度的一階運動奇異。歐拉角參數(shù)表示的二階運動對式(4)繼續(xù)求導,可以得到剛體的瞬時空間角加速度,它也是在慣性坐標系中描述的。計算的結果如下,其他歐拉角參數(shù)表示的矩陣列于表5和表6。從表5可以看出,非對稱歐拉角表示在β=π/2時出現(xiàn)二階運動奇異,因此在這些點上存在大角度的二階運動奇異;從表6可以看出,

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