座標系

統合と開発

Wuji Glove は、ロボットの遠隔操作およびヒューマンコンピューターインタラクション研究向けに設計されたインテリジェントデータグローブで、触覚マトリクス、EMF 空間トラッキング、IMU 慣性計測の 3 つのセンサーシステムを搭載しています。ROS エコシステムやロボット制御システムとの統合のため、Wuji Glove の座標系設計は ROS コミュニティ標準の REP-103、REP-120、REP-155 に準拠しています。

本ドキュメントでは、Wuji Glove の座標系の規約、軸方向の定義、およびフレームツリーの構造について説明します。

データストリームとその座標系

「このデータストリームはどの座標系で表現されているのか」を知りたい場合は、まず次の表を参照してください。

各座標系の原点と軸の定義を以下に示します。

座標系の規約

右手の法則

Wuji Glove のすべての座標系は右手座標系（REP-103）に従います。

• 右手を伸ばし、指を X 軸から Y 軸の方向へ曲げたとき、親指が指す方向が Z 軸の方向です
• 回転についても同様で、指を曲げる方向が回転の正方向です

軸の定義

ボディルートノード

REP-155 の人体ルート座標系です。原点は左右の股関節の中点にあります。すべての骨格関節の座標系はこのノードの子ノードです。

手首ノード

腕の運動学的チェーンの末端ノードで、Wuji Glove の基準原点となります。グローブ上のすべてのセンサー座標系はこのノードの下に配置されます。

フレームツリーの構造

全身の座標系階層

Wuji Glove の座標系は REP-155 の人体骨格モデルに従い、ボディルートノードから指先までの完全な運動学的チェーンを定義しています。現在、グローブでは腕のチェーン部分（手首から先）を使用しています。

座標系の定義：

world                                       ← Root node
└── waist                                   ← Waist
    └── l_wrist / r_wrist                   ← Wrist ★
        ├── l_hand_emf_tx / r_hand_emf_tx   ← back-of-hand transmitter coil
        └── l_palm_imu_link / r_palm_imu_link ← Palm IMU

★ が付いたノードは、グローブが実際にデータを出力する起点となる座標系です。

グローブのセンサー座標系階層

手首ノードの下に、グローブは 2 つの子座標系を持ちます。

• emf_tx：手の甲の送信コイル座標系で、EMF 空間トラッキングの基準原点となります
• palm_imu_link：手のひらの IMU 座標系で、姿勢推定に使用されます

どちらの変換も、親座標系を {l/r}_wrist として、tf_static データストリームで 1Hz で配信されます。

コイル座標系

定義

EMF 空間トラッキングでは 2 種類のコイルを使用します。

• 手の甲の送信コイル：手の甲モジュールの筐体内に収められており、emf_tx 座標系（tf_static で 1 Hz で配信）に対応し、EMF 空間トラッキングの基準原点となります。
• 指の受信コイル：各指先の筐体に 1 組ずつ内蔵されています（計 5 組）。これらは独立した座標系としては配信されません。位置は EMF 姿勢推定（emf_poses）によって算出され、emf_tx 座標系で出力されます。

いずれの座標系も原点は対応するコイルの幾何学的中心にあり、軸の向きは親座標系と同一です（送信コイルは wrist、受信コイルは対応する指先の座標系に従います）。親座標系に対しては並進成分のみを持ち、回転はありません。

コイルの位置パラメーター

以下の寸法は右手の設計を基準としており、製造公差を考慮して数値を丸めています。装着者から見て、手を自然に開いた状態での値です。

手の甲の送信コイル

指の受信コイル