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Wuji Glove 是一款用于机器人遥操作和人机交互研究的智能数据手套,搭载触觉矩阵、EMF 空间追踪和 IMU 惯性测量三套传感系统。为了让手套数据无缝对接 ROS 生态和机器人控制系统,Wuji Glove 的坐标系设计遵循 ROS 社区的 REP-103、REP-120 和 REP-155 标准规范。 本文档说明 Wuji Glove 的坐标系约定、各轴指向定义及 Frame 树形结构。

数据流与坐标系对照

要确认某个数据流输出在哪个坐标系,先查下表: 各坐标系的原点与轴向定义见下文。

坐标系约定

右手系

Wuji Glove 的所有坐标系均遵循右手坐标系(REP-103):
  • 伸出右手,四指从 X 轴弯向 Y 轴,拇指指向的方向即为 Z 轴
  • 旋转方向同理:四指弯曲方向为正旋转方向

轴向定义

body 根节点

REP-155 人体根坐标系。原点位于左右髋关节中点,所有骨骼关节 Frame 均为其子节点。

wrist 节点

手臂运动学链的末端,是 Wuji Glove 的参考原点——手套上所有传感器 Frame 均挂载在此节点下。
左右手 Y 轴镜像:X(桡侧)和 Z(近端)的定义对左右手完全相同,但右手系约束下 Y 轴方向会镜像——左手 Y+ 指向手背,右手 Y+ 指向掌心。
REP-155 Frame 树形结构

Frame 树形结构

全身 Frame 层级

Wuji Glove 的 Frame 体系遵循 REP-155 的人体骨骼模型,此模型定义了从身体根节点到指尖的完整运动学链。手套当前实际使用的是手臂链部分(从 wrist 向下)。 各 Frame 定义:
标记 ★ 的节点是手套实际输出数据的起始 Frame。

手套传感器 Frame 层级

从 wrist 节点向下,手套挂载了两个子 Frame:
  • emf_tx:手背发射线圈坐标系,用于 EMF 空间追踪的参考原点
  • palm_imu_link:手掌 IMU 坐标系,用于姿态估计
这两个变换通过 tf_static 数据流以 1Hz 发布,父 Frame 为 {l/r}_wrist。

线圈坐标系

定义

EMF 空间追踪含两类线圈:
  • 手背发射线圈:位于手背模组外壳内,对应 emf_tx Frame(通过 tf_static 以 1 Hz 发布),作为 EMF 空间追踪的参考原点。
  • 手指接收线圈:每个指尖外壳内嵌一组(共 5 组),不作为独立 Frame 发布。其位置由 EMF 位姿解算(emf_poses)输出,在 emf_tx 坐标系下给出。
两类线圈坐标系的原点均位于对应线圈的几何中心,坐标轴朝向与所在父 Frame 一致(发射线圈跟随 wrist,接收线圈跟随对应指尖 Frame),相对父 Frame 仅有平移分量,无旋转。

线圈位置参数

以下数据参考右手设计,数值已考虑制造加工误差并取整。以佩戴者视角,手掌自然展开:

手背发射线圈

手指接收线圈

“左/右”以拇指完全伸展的指向为左。左手手套的数据由右手镜像得出,Y 方向取反。