正运动学的输出不是「一个点」,而是「位姿」。位姿 = 位置 + 姿态,统一用一个齐次变换矩阵描述:
右侧三个滑块直接控制一个 2D 末端坐标系 {E}:x、y 改变位置,θ 改变姿态。注意右上角的矩阵随之实时变化。
回答「末端原点在哪」。即矩阵最后一列 p = [x, y]ᵀ,对应右图橙色虚线箭头从 O_B 指向 O_E。
回答「末端坐标轴朝哪」。2D 中退化成一个角 θ;矩阵左上 2×2 就是旋转矩阵 R = [cosθ, −sinθ; sinθ, cosθ]。
把位置和姿态压成一个 4×4(或 2D 下 3×3)矩阵的好处是:多个连杆的变换可以一路相乘。下一页就开始把它们串成机械臂。