推导Z-Y-X欧拉角的姿态描述表达式,并比较与X-Y-Z固定角的区别
时间: 2024-09-18 12:01:27 浏览: 62
欧拉角是一种三维空间旋转的数学表示法,通常用于描述飞行器、机器人等物体的姿态。Z-Y-X顺序的欧拉角又称为"滚转-俯仰-偏航"(Roll-Pitch-Yaw),其转换过程涉及到三个连续的角度:
1. **Z轴旋转** (Roll): 先绕着地球的Z轴(垂直于地面方向)旋转θz度,这是对飞机的偏航操作。
2. **Y轴旋转** (Pitch): 然后沿着新的X轴(经过上一步的旋转)旋转θy度,即飞机的俯仰操作。
3. **X轴旋转** (Yaw): 最后绕着新的Z轴(也是经过前两次旋转确定的新方向)旋转θx度,这是飞机的滚转操作。
如果用矩阵形式表示,可以得到如下的旋转矩阵R,其中r1, r2, r3分别是θx, θy, θz对应的旋转角度:
```
R = [[cos(θz) * cos(θy), -sin(θx) * sin(θz) * cos(θy) + cos(θx) * sin(θy), sin(θx) * sin(θz) * cos(θy) + cos(θx) * sin(θy)],
[cos(θz) * sin(θy), cos(θx) * cos(θy) + sin(θx) * sin(θz) * sin(θy), -cos(θx) * sin(θy) + sin(θx) * sin(θz) * cos(θy)],
[-sin(θz), sin(θx) * cos(θz), cos(θx) * cos(θz)]]
```
相比之下,X-Y-Z序列(也称为"Tait-Bryan"角)的旋转顺序是从正前方开始,先绕X轴,然后绕Y轴,最后绕Z轴,这种顺序可能导致某些旋转组合下产生“ gimbal lock”现象,即两个旋转轴失去独立性的限制,不利于姿态控制。
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