A Reparametrization of the Rotation Matrix in Rigid-Body Dynamics
Notice bibliographique
Résumé
The parametrization of a rigid-body rotation is a classical subject in rigid-body dynamics. Euler angles, the rotation matrix and quaternions are the most common representations. However, Euler angles are known to be prone to singularities, besides not being frame-invariant. The full 3 × 3 rotation matrix conveys all the motion information, but poses the problem of an excessive number of parameters, nine, to represent a transformation that entails only three independent parameters. Quaternions are singularity-free, and thus, ideal to study rigid-body kinematics. However, quaternions, comprising four components, are subject to one scalar constraint, which has to be included in the mathematical model of rigid-body dynamics. The outcome is that the use of quaternions imposes one algebraic constraint, even in the case of mechanically unconstrained systems. An alternative parametrization is proposed here, that (a) comprises only three independent parameters; (b) is fairly robust to representation singularities; and (c) satisfies the quaternion scalar constraint intrinsically. To illustrate the concept, a simple, yet nontrivial case study is included. This is a mechanical system composed of a rigid, toroidal wheel rolling without slipping or skidding on a horizontal surface. The simulation algorithm based on the proposed parametrization and fundamentally on quaternions, together with the invariant relations between the quaternion rate of change and the angular velocity, is capable of reproducing the falling of the wheel under deterministic initial conditions and a random disturbance acting on the tilting axis. Finally, a comparative study is included, on the numerical conditioning of the parametrization proposed here and that based on Euler angles. Ours shows as broader well-conditional region than Euler angles offer. Moreover, the two parametrizations exhibit an outstanding complementarity: where the conditioning of one degenerates, the other comes to rescue.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».