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# 坐标系说明

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](https://www.ros.org/reps/rep-0103.html)、[REP-120](https://www.ros.org/reps/rep-0120.html) 和 [REP-155](https://www.ros.org/reps/rep-0155.html) 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：

| 数据流 | 坐标系（`frame_id`） |
| - | - |
| `emf_poses`（EMF 位姿） | 手背发射线圈系 `l_hand_emf_tx` / `r_hand_emf_tx` |
| `hand_skeleton`、`tip_poses`（骨架 / 指尖位姿） | 标定手腕系 `l_wrist` / `r_wrist` |
| `hand_joint_angles`（关节角） | 关节角度值，不属于空间坐标系。header 中的 `frame_id` 沿用源 EMF 帧，无实际意义 |
| `tf_static` | 发布 wrist → emf\_tx、wrist → palm\_imu\_link 的固定变换，连接上述两系 |

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。

| 轴 | 指向 | 说明 |
| - | - | - |
| X | 前方（Anterior） | 人体面部朝向 |
| Y | 左侧（Left） | 由右手系确定 |
| Z | 头顶（Superior） | 站立时垂直向上 |

#### 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。

| 轴 | 指向 | 解剖学含义 | T-pose 下世界方向 |
| - | - | - | - |
| X | 桡侧（Radial） | 由尺侧指向桡侧，即拇指方向 | 左手：前<br />右手：前 |
| Z | 近端（Proximal） | 由远端指向近端，沿骨骼方向（对 wrist 而言，即从手腕指向肘关节） | 左手：右<br />右手：左 |
| Y | 由右手系确定 | 左手：手背法线（背侧/Dorsal）<br />右手：掌心法线（掌侧/Ventral） | 左手：上<br />右手：下 |

<Info>
  **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。
</Info>

<div className="img-light-bg">
  <img src="https://mintcdn.com/wuji-0bbde051/GsT0bEnPZ_18e5HL/assets/source/images/zh/wuji-glove/ros-frames.png?fit=max&auto=format&n=GsT0bEnPZ_18e5HL&q=85&s=91ada0bfec7983f2357a83b87e5f0248" alt="REP-155 Frame 树形结构" width="1057" height="729" data-path="assets/source/images/zh/wuji-glove/ros-frames.png" />
</div>

## 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：

| Frame | 定义 |
| - | - |
| world | Frame 树的根坐标系，默认位于世界原点。X 轴朝前（人体面部朝向），Z 轴朝头部方向（站立时向上）。 |
| waist | 腰部坐标系。连接躯干与双腿的中间节点。 |
| l\_wrist / r\_wrist | 左/右手腕坐标系。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。 |
| l\_hand\_emf\_tx / r\_hand\_emf\_tx | 手背发射线圈坐标系，用于 EMF 空间追踪的参考原点。 |
| l\_palm\_imu\_link / r\_palm\_imu\_link | 手掌 IMU 坐标系，用于姿态估计。 |

```text theme={null}
world                                       ← 根节点
└── waist                                   ← 腰部
    └── l_wrist / r_wrist                   ← 手腕 ★
        ├── l_hand_emf_tx / r_hand_emf_tx   ← 手背发射线圈
        └── l_palm_imu_link / r_palm_imu_link ← 手掌 IMU
```

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

| 方向 | 参考基准 | 距离 | 说明 |
| - | - | - | - |
| Z-（远端） | 机壳前端 | 17.3 mm | 指尖方向 |
| Z+（近端） | 机壳后端 | 13.7 mm | 手腕方向 |
| X+（桡侧） | 机壳左端 | 15.6 mm | 拇指方向 |
| X-（尺侧） | 机壳右端 | 15.4 mm | 小指方向 |
| Y-（手掌法向） | 机壳顶面 | 9.0 mm | 手背法线向外 |

#### 手指接收线圈

| 方向 | 参考基准 | 距离 | 说明 |
| - | - | - | - |
| Z-（远端） | 机壳前端 | 9.4 mm | 指尖方向 |
| Z+（近端） | 机壳后端 | 5.9 mm | 手腕方向 |
| X（桡侧 / 尺侧） | 机壳左端 / 右端 | 各 5.5 mm | 宽度方向居中 |
| Y-（手掌法向） | 机壳顶面 | 2.9 mm | 指背法线向外 |

<Info>
  "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。
</Info>


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