Python编程实现欧拉角、方向余弦阵、四元数及等效旋转矢量之间的相互转换

时间: 2023-07-10 20:36:35 浏览: 117
欧拉角、方向余弦阵、四元数和等效旋转矢量都是描述旋转的方式。它们之间的相互转换可以通过数学计算来实现。下面是Python代码实现这些转换的示例: 1. 将欧拉角转换为方向余弦阵 ``` import numpy as np # 定义欧拉角 roll = np.radians(30) pitch = np.radians(45) yaw = np.radians(60) # 计算方向余弦阵 R_x = np.array([[1, 0, 0], [0, np.cos(roll), -np.sin(roll)], [0, np.sin(roll), np.cos(roll)]]) R_y = np.array([[np.cos(pitch), 0, np.sin(pitch)], [0, 1, 0], [-np.sin(pitch), 0, np.cos(pitch)]]) R_z = np.array([[np.cos(yaw), -np.sin(yaw), 0], [np.sin(yaw), np.cos(yaw), 0], [0, 0, 1]]) R_xyz = np.dot(R_z, np.dot(R_y, R_x)) ``` 2. 将方向余弦阵转换为欧拉角 ``` import math # 定义方向余弦阵 R_xyz = np.array([[0.866, -0.354, 0.354], [0.354, 0.866, -0.354], [0.354, 0.354, 0.866]]) # 计算欧拉角 pitch = -math.asin(R_xyz[2, 0]) roll = math.atan2(R_xyz[2, 1], R_xyz[2, 2]) yaw = math.atan2(R_xyz[1, 0], R_xyz[0, 0]) pitch_deg = math.degrees(pitch) roll_deg = math.degrees(roll) yaw_deg = math.degrees(yaw) ``` 3. 将方向余弦阵转换为四元数 ``` # 定义方向余弦阵 R_xyz = np.array([[0.866, -0.354, 0.354], [0.354, 0.866, -0.354], [0.354, 0.354, 0.866]]) # 计算四元数 q_w = math.sqrt(1 + R_xyz[0, 0] + R_xyz[1, 1] + R_xyz[2, 2]) / 2 q_x = (R_xyz[2, 1] - R_xyz[1, 2]) / (4 * q_w) q_y = (R_xyz[0, 2] - R_xyz[2, 0]) / (4 * q_w) q_z = (R_xyz[1, 0] - R_xyz[0, 1]) / (4 * q_w) ``` 4. 将四元数转换为方向余弦阵 ``` # 定义四元数 q_w = 0.866 q_x = -0.354 q_y = 0.354 q_z = 0.354 # 计算方向余弦阵 R_xyz = np.array([[1 - 2 * (q_y ** 2 + q_z ** 2), 2 * (q_x * q_y - q_w * q_z), 2 * (q_x * q_z + q_w * q_y)], [2 * (q_x * q_y + q_w * q_z), 1 - 2 * (q_x ** 2 + q_z ** 2), 2 * (q_y * q_z - q_w * q_x)], [2 * (q_x * q_z - q_w * q_y), 2 * (q_y * q_z + q_w * q_x), 1 - 2 * (q_x ** 2 + q_y ** 2)]]) ``` 5. 将四元数转换为等效旋转矢量 ``` # 定义四元数 q_w = 0.866 q_x = -0.354 q_y = 0.354 q_z = 0.354 # 计算等效旋转矢量 theta = 2 * math.acos(q_w) sin_theta = math.sin(theta / 2) v_x = q_x / sin_theta v_y = q_y / sin_theta v_z = q_z / sin_theta ```

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