已知面角，如何求歐拉角，機器人坐標變換怎么求？

水水5

問題的來源是這樣的：

; C+ w+ l& J+ ~# @) F有一個項目，機器人末端的手爪，因為種種情況，設計了一個傾斜的吸盤。需要在3D視覺的引導下，去吸取一個傾斜的物體。
( {  u/ O: F$ z機器人編程工程師嫌手工做工具坐標系比較費時費力，問我能否通過三維軟件，求得坐標變換的數值，直接填入機器人系統中的工具坐標系的標定參數中。
' J# l6 W- n* h! F% c我感覺應該挺簡單的呀，于是就在三維模型中（我是用solidworks進行的建模）建立了兩個坐標系，一個是安裝法蘭的坐標系，一個是吸盤面的坐標系。
! U$ e4 X" |2 G4 ^8 C6 ^7 s' Y9 M然后測量了兩個坐標系的位移，和角度，然后給了機器人編程工程師

結果發現不對（測試方法：走軸坐標ABC，并不能繞坐標系原點旋轉，證明坐標系不對）

0 @0 X) K; ]; |. Z兩個坐標系的位移很好測量。兩個坐標系的角度，我是這樣測量的，我的solidworks版本低，沒法直接給出數，于是我建了三個面，例如要測量Z軸之間的角度，我就測量了兩個XY平面的角度。

7 w, \7 t9 Q( L/ K% t于是我將這個問題抽象出來了，花了大量的時間研究面角，歐拉角，也沒研究明白。發現這個歐拉角，這個三個軸的旋轉順序還有要求，有ZYZ，有XYZ，可能各個品牌的機器人還不一樣。
7 U, }/ E" o: g* W
我抽象了模型，問了AI，竟然說我這樣的坐標系不存在？

; y7 m1 j+ U1 D. R下面是我抽象出來的數學模型：兩個坐標系的三個面之間的角度都是30度，坐標系原點重合，求坐標變換歐拉角。

0 ~: R* q& j7 p5 {$ ~$ Z5 x有沒有高手給解答一下。
' g6 \* J3 t# U# \- h$ v4 l6 k
以下截圖是這個兩個坐標系的空間位置


3 g5 O9 F) U  ?8 l, W' ~
4 e3 o/ K* {5 l0 p/ O  |

學者11

機械手變換坐標系要是這么容易，那何來機械臂動力學和D-H建模法呢。
先了解點基本常識吧，https://zhuanlan.zhihu.com/p/692369673

ckc521

樓上正解；五軸機床轉換你懂不？你可以把機器人看成一個五軸機床，用DH法建模來求解旋轉角度，從機械手末端到基座，或者從基座到機械手末端，都可以推導出來。
$ \1 R& V5 b3 Z; K+ A- s* i0 X

ckc521

還有別問國內的AI，國內的AI，連歐拉角動態旋轉和靜態旋轉的等效性都不會給你正確的推導出來。

夢里啥都有

不懂,但是AI只能夠搜資料,有時候給不了出處的還不能夠信.
# `* x/ E1 l' r/ e% a6 `6 X何況復雜的建模肯定少不了計算的優化.
矩陣肯定少不了需要高效的算法.
" h3 |/ z5 Q5 U1 @3 V" ^" V我只會簡單的x^x+y^2=1
! e' Z. v  s& {x=cos(theta)，y=sin(thea)
: _* P: O( A& ]: W3 o! s  ^$ R: O這些東西肯定少不了各種知識.
與其糾結,不如先把路走遠,再走深.

cc851

機械工程師解決不了現場調試的痛，模型上永遠都是理論的，何況這么多零件組裝在一起的累積誤差，對于相機和機械手的計算補償來說都是災難。最近幾年一直做復合機器人的項目，一直頭痛精度問題，都和這些有關系。

冷月梧桐

直接把機械手模型和治具導入SW/各類機械手軟件，模擬點位，然后出各個軸的角度數據就好了

DaedraMech

+ |2 ]0 O2 g' T& i3 j不知道我有沒有正確理解樓主的意思，我先談談自己對坐標變換的理解：
坐標變換矩陣既是變換參數（轉角、位移），又是變換后坐標系的基底在原坐標系上的坐標組合。

樓主在SW中使用的方法是控制三個正交平面和原平面各成30°，我個人更喜歡直接建立坐標系，由于x軸是YZ面法向量/y軸是XZ面法向量/z軸是XY面法向量，所以我約束3個新坐標軸和原坐標軸各成30°達到效果和樓主應該是一樣的。三個基底（[ix iy iz]，[jx jy jz]，[kx ky kz]）有9個未知坐標值，有【3個基底長度為1】、【新基底和原坐標軸各成30°】、【基底之間互成90°】這9個約束一定能在SW中畫出3個代表基底的線段，由此即可建立新坐標系，測量線段端點的坐標值即可獲得變換矩陣。
5 j; ~; ^" K( K2 O) d* g4 G
/ j3 @4 A3 t1 ^! l. ~6 E. n
我們來測試一下，我們假設工具坐標系上有一點[0.5 0.6 0.7]'，我們想知道該點在法蘭坐標系上的坐標值，那就可以用變換矩陣左乘這個向量：
7 q" i% k: x; Z1 v* M8 x
. T* R* g0 G3 _把獲得向量的坐標值輸入SW，測量下它在工具坐標系下的坐標，果然還是[0.5 0.6 0.7]'，變換矩陣是正確的：
' j9 ^! `; Y' c) }

如果坐標系還有位移，可以使用齊次變換矩陣進行變換：

上面的演示中，樓主可以看到，矩陣里的坐標值就是特定角度的正弦/余弦值，所以歐拉角可以從這些角度中拆解出來，也就是總變換矩陣可以拆解成一系列單軸角度變換矩陣連續左乘，由此可以表示出坐標系繞各軸旋轉的角度和先后順序，這也就是樓主說的“面角轉換為歐拉角”，過程較為麻煩，我個人不推薦這種方式。

! [, |' x8 d; E/ H

) E9 y' L, c; r9 D, Q

DaedraMech

( a1 @5 j/ J+ J/ b+ h0 r0 a

DaedraMech 發表于 2025-7-28 11:56
不知道我有沒有正確理解樓主的意思，我先談談自己對坐標變換的理解：
5 ?: x, @0 f9 G$ S6 W, U' m' Q坐標變換矩陣既是變換參數（轉角、位 ...

一般對算法這邊來說最直接的就是拿到變換矩陣了，不知道為什么還要舍近求遠獲得歐拉角，不過樓主需要的話可以按照下圖解方程，獲得各軸轉角和順序。另外，方程是多解的，比如【先繞z軸逆時針旋轉17.927°，再繞y軸順時針旋轉24.465°，再繞x軸順時針旋轉17.927°】就是其中一個解：

7 Z# P7 J; n- `, d- G

sen1234

線性代數嗎，都忘得差不多了