万向节死锁之数学矩阵解释

套用这位博主的现象解释https://blog.****.net/andrewfan/article/details/60981437。图文并茂很有说服力,我只在数学层面上再加深一下解释,可能是有问题的,大神轻喷,欢迎大家指正。

在解释之前,我先把上面博主的现象阐述的更加明白一点。就是这张图,上面的三个环其实是代表的三个轴,它与底下的三条带颜色的坐标轴对应(在这里指出一下,蓝色的坐标轴对应的绿色环的轴线,绿色坐标轴对应蓝色环的轴线)。三个环的轴线与坐标轴的轴线相对应,这里命名坐标轴X(红色),Y(蓝色),Z(绿色)。绿色环的轴线向量为(0,0,1),红色(0,1,0),蓝色(0,0,1)

万向节死锁之数学矩阵解释

当 绿轴向量绕X轴旋转90°(或-90°)时,如下图所示

万向节死锁之数学矩阵解释

其得到在原坐标系(XYZ)中的向量的计算为

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此时绿轴与蓝轴在原坐标系(XYZ)方向相同或相反,这样三个可以表示物体姿态方向向量的轴(向量基)由三个量转为两个量,此时的物体的方向姿态矩阵的秩为0,可得到的欧拉角的反解有无数个。