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1. 位姿

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:

T = [ R p ; 0 1 ] ∈ SE(2 / 3)

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。

位置 (Position)

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。

姿态 (Orientation)

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]。

为什么要合在一起

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。

💡 拖右侧滑块时,注意红/绿色末端坐标轴 {E} 是如何被「先平移到 (x, y),再绕原点转 θ」的。
x_By_Bx_Ey_EO_BO_Ep
齐次变换矩阵 T
[ 0.82, -0.57, 120 ]
[ 0.57, 0.82, 80 ]
[ 0.00, 0.00, 1 ]
120
80
35°