如何在从四元数转换为滚动、俯仰和偏航时避免万向节锁定。

Question

我是一位有用的助手，可以为您翻译文本。

我有一个IMU传感器，能够给出四元数表示的方向信息。我希望把这些信息转换成易于阅读的RPY角度。

我在维基百科上找到了将四元数转换为欧拉角的公式。

对于一个四元数q = qr + qi + qj + qk：

roll=atan2(2(qr*qi+qj*qk),1-2(qi^2+qj^2))
pitch=arcsin(2(qr*qj-qk*qi))
yaw=atan2(2(qr*qk+qi*qj),1-2(qj^2+qk^2))

我了解在使用 RPY 表示时可能会出现万向节锁定问题。当俯仰角接近 +/- 90 度时，如何避免这种情况发生？

附注：我正在使用 LabVIEW 进行编码。

- user3763570

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这不是RPY角的基本属性吗？请参见http://www.chrobotics.com/library/understanding-euler-angles - nekomatic

Answer 1

Nekomatic是正确的，万向节锁定是欧拉角的一个基本问题。建议使用四元数（Quaternion）（我会建议这样做），可以在此处找到免费可下载的LabView库：https://www.winemantech.com/blog/quaternions-for-rotations-in-native-labview，Labview机器人工具箱也支持四元数但需要付费。

否则，跟踪何时接近奇点（万向节锁定）。在奇点中，角度可能瞬间从90度翻转为-90度，因为在现实世界中您知道这不可能发生，所以可以编写代码解决这个问题。如何解决这个问题的示例可以在此处找到：http://www.euclideanspace.com/maths/geometry/rotations/conversions/quaternionToEuler/

- D.J. Klomp