概要

本文以小乌龟为例子， 讲解了2D平面下机器人位姿描述。

坐标系定义

在地面上建立一个二维直角坐标系， 小乌龟在地面(2D平面)上运动。

我们做如下约定:

• 小乌龟的坐标系的原点定义在龟背中心垂直投影在地面的点上.
• 小乌龟的头部所指的方向, 定义为小乌龟的朝向.
• 初始时刻，乌龟坐标系(Turtle Frame)与世界坐标系(World Frame) 相重合.

小乌龟在地上爬了一段时间之后， 可以看到小乌龟在世界坐标系下的位置跟方向都发生了变化。

位置(Position)

使用一个二维的矢量$p$ 来表述小乌龟在这个世界坐标系下的位置(Position)

方向(Orientation)

对于一个机器人来讲, 它并不能被看成一个点, 它有体积, 在同一个点上可以有不同的朝向或者是说倾角, 而方向(Orientation) 就是用于刻画机器人在当前坐标系下在各个轴上面的倾角. 将小乌龟相对于世界坐标系的Z轴旋转的角度记作  。

根据右手螺旋法则，可以判断转角的正负，可以参考我之前这篇文章: 机器人的坐标系-安逸的机器人学。

的角度(Degree)取值范围为  , 在工程领域习惯使用弧度(Radian) 来表示角度, 所以转换为弧度  的取值范围如下: 

位姿(Pose)

位姿 Pose 描述的是一个刚体在其参考坐标系下的位置以及朝向， 是位置(Position)和方向 (Orientation) 这两个矢量的叠加。在ROS里面，机器人的位姿也被称为Frame。

小乌龟的位姿描述如下：

课后回顾

在成都

四川大学华西校区， 华西坝老建筑群，是华西协和大学早期建筑, 始建于1913年.

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