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Modern Robotics: Mechanics, Planning, and ControlのForward Kinematics その2

教科書から分かったところだけをまとめています。

教科書はこの本です。今回はForward Kinematics。

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前回の記事の続きでさらに他の表現を考えます。

前回の記事

natsutan.hatenablog.com

教科書p116の図1より。

f:id:natsutan:20211211235538p:plain
Figure 4.1

まずはzero position時の行列Mを求めます。求め方はここ。

natsutan.hatenablog.com

M =  \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & L_1+L_2+L_3 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1  \end{bmatrix} 

教科書には、次にθ1、θ2が0の時のθ3が回転したときのscrewを求めると書いてありますが、実際はtwistを求めています。これも良く分かってないのですが、screwには、twistとwrenchの両方が含まれるようです。

twistの求め方はここ。 natsutan.hatenablog.com

S_3 =  \begin{bmatrix} \omega_3 \\ v_3  \end{bmatrix}  = \begin{bmatrix} 0 \\ 0 \\ 1 \\  0 \\ -(L_1+L_2) \\ 0  \end{bmatrix}  

ωの方は右手系の正の方向に回転しているので(0,0,1)、vの方は

v_3 = - \omega_3 \times q_3

を使っています。

4x4の行列に変換すると

 [S_3] =  \begin{bmatrix} [\omega] & v \\ 0 & 0 \end{bmatrix}  = \begin{bmatrix} 0  & -1 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 0  &  -(L_1+L_2) \\ 0 & 0 & 0 & 0 \\  0 & 0 & 0 & 0   \end{bmatrix}  

ここまでは分かります。 正直、次から良く分かってなくて、教科書そのまま書きます。[S3]を使う事とでθ1=θ2=0の時、以下の関係式がでます。

 T_{04} = e^{[S_3]\theta_3}M 

θ2、θ1の順で同じ計算をすることで、以下の関係式を得ます。

 T_{04} = e^{[S_1]\theta_1}e^{[S_2]\theta_2}e^{[S_3]\theta_3}M 

Exponentialの積の形になっているので、Product of Exponentialsの式(PoE)と呼びます。日本語の教科書だとこの方式を採用していなくて困っています。 PoEについては、次のセクションで詳しく説明しているので、そこで理解したいです。