求两个标架之间的变换矩阵

问题的描述:给定两个标架(O-xyz),其中包括原点的位置和三个坐标轴的向量表示(在笛卡尔坐标中)。我们的目标是找到旋转矩阵将这两个标架进行对齐。

Screenshot - 8_13_2012 , 4_03_53 PM

这个问题很简单:可以转换为给定四对点:O1,X1,Y1,Z1和O2,X2,Y2,Z2,求一个变换将这四对点进行对齐。可以直接使用:

P = R*Q + T,其中R是旋转矩阵,T是平移向量。

1)将向量进行归一化,比如向量OX1(OX1=X1-O1),对它们进行归一化得到新的向量OX1,最后在O1不变的前提下得到新的X1。同样对其他五个点。

2)建立方程组:O1 = R*O2 + T,X1 = R*X2 + T, Y1 = R*Y2 + T,Z1 = R*Z2 + T

3)求解上述方程:OX1 = R*OX2;OY1 = R*OY2;OZ1 = R*OZ2。于是可以得到九个方程,R的参数也是9个。我们可以直接求解线性方程组得到旋转矩阵。

 

转载于:https://www.cnblogs.com/USTC-fuxm/archive/2012/08/13/2636586.html

### 关于机械臂变换矩阵的实现方法 在机器人学中,齐次变换矩阵是一种重要的工具,用于描述空间中不同坐之间的关系以及物体的位置和方向变化。以下是关于机械臂变换矩阵的相关知识及其具体实现方法。 #### 1. 齐次变换矩阵的基础概念 齐次变换矩阵是一个 $4 \times 4$ 的矩阵,能够同时表示平移和旋转操作[^2]。它的一般形式如下: $$ T = \begin{bmatrix} R & d \\ 0 & 1 \end{bmatrix} $$ 其中: - $ R $ 是一个 $3 \times 3$ 的旋转矩阵,用来描述两个之间的角度偏转; - $ d $ 是一个 $3 \times 1$ 的向量,代表从一个坐系原到另一个坐系原的位移矢量; - 下方的最后一行为固定值 $[0, 0, 0, 1]$,这是为了保持齐次坐的特性。 这种矩阵可以方便地将三维空间中的位置和姿态统一在一个框下处理[^3]。 #### 2. 变换矩阵的应用场景 齐次变换矩阵广泛应用于以下几个方面: - **正运动学计算**:通过已知关节变量来确定末端执行器的空间位置和姿态。 - **逆运动学求解**:给定目位置和姿态,反推出各关节的角度或线性距离。 - **路径规划**:基于一系列中间的目位置,设计合理的轨迹让机械臂移动过去。 对于六轴串联型工业机械手来说,其每一节连杆都可以看作局部参考帧相对于全局基座的一个特定转换;因此整个系统的构型可以用多个这样的单步转移组合而成[^4]。 #### 3. MATLAB 中的实现例子 下面给出一段简单的MATLAB代码片段演示如何构建并运用基本的齐次变换矩阵来进行一些初步的操作模拟: ```matlab function T = createTransformationMatrix(theta, dx, dy, dz) % 构建绕Z轴旋转theta角后的旋转变换部分 c = cosd(theta); s = sind(theta); Rz = [c,-s, 0; s, c, 0; 0, 0, 1]; % 平移向量 tvec = [dx;dy;dz]; % 组合成完整的齐次变换矩阵 T = [Rz,tvec;0,0,0,1]; end % 测试调用该函数创建一个具体的实例化对象 transMatExample = createTransformationMatrix(90, 1, 2, 3); disp(transMatExample); ``` 上述程序定义了一个名为`createTransformationMatrix`的功能模块,接受四个参数分别对应指定角度θ(单位度数)、X/Y/Z三个维度上的直线位移增量,并返回相应的整体表达式结果作为输出。 #### 4. C++下的可能实践方案概述 如果计划采用C++语言重新开发一套类似的解决方案,则需注意引入合适的数学库支持高效数值运算比如Eigen或者GLM等开源项目资源辅助完成任务需[^1]。此外还需仔细考量数据结构的设计模式以便更好地适配后续扩展功能的要如碰撞检测、动力学仿真分析等功能模块接入的可能性评估等工作内容安排情况等等因素综合权衡之后再做最终决策判断最为合适不过啦! ---
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