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@@ -0,0 +1,149 @@
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# Koordinatensystem, Roboter-Aufstellung & Nullstellung
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Diese Datei beschreibt
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1. das Koordinatensystem,
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2. wie der Roboter darin steht,
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3. die angestrebte **ideale Nullstellung** und
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4. die nötigen Schritte, um den Driver auf diese Konvention zu bringen (**Weg 2:
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Modell auf −Y drehen**).
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> **Hintergrund / Problem:** Das Kinematik-Modell (`Arm3SegmentLinearX`) misst die
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> Armwinkel aktuell von **+Y** (α=0 → Arm zeigt nach +y). Der reale Roboter steht und
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> arbeitet aber in **−Y** (robot.json: `Arm1.skeleton.to = [0,-250,0]`,
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> `coordinateSystem.y = "backward"`). Dadurch landet eine fast-waagerechte
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> Grundstellung im Driver bei **y ≈ +590** statt **−590** — Modell und Hardware sind an
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> der y-Achse gespiegelt.
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## 1. Koordinatensystem
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Aus robot.json (`coordinateSystem`): **rechtshändig**, Längen **mm**, Winkel **Grad**.
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| Achse | Richtung | Bedeutung im Aufbau |
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|-------|------------|-------------------------------------------|
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| x | rechts | entlang der Linearschiene |
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| y | „backward" | Arm-Arbeitsrichtung: Arm streckt nach **−y** |
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| z | oben | Höhe |
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Seitenansicht (Blick entlang +x):
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z
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▲
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| ■══════════════════════● Arm waagerecht ausgestreckt → Fingerspitze
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| Schulter (Ursprung, z=0)
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└───────────────────────────────► −y (Arbeitsrichtung)
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Draufsicht (Blick von oben, −z):
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−y ▲ ● Fingerspitze (Grundstellung y ≈ −590)
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│ │
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│ │ Arm (Ober- + Unterarm, gestreckt)
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│ │
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───┼────────────────■─────────────► x (Schiene)
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│ Schulter
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+y │
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## 2. Wie der Roboter darin steht
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Gelenk-Kette (robot.json `links`):
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**Board → Base (Schiene x) → Arm1 (Oberarm) → Ellbow → Arm2 (Unterarm) → Hand → Palm → Finger.**
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- **Linearschiene** entlang x; die Base fährt darauf (`xMotor`, mm).
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- **Schultergelenk** (Base→Arm1, `variable y`): Drehung in der y-z-Ebene → **α**.
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Bei Gelenkwinkel 0 zeigt Arm1 entlang **−y** (`skeleton.to = [0,-250,0]`).
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- **Ellbogen** (`variable z`) → **β**; **Unterarm-Dreher** (`variable a`) → **a**;
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**Handgelenk-Knick** (`variable b`) → **b**; **Hand-Roll** (`variable c`) → **c**;
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**Greifer** (`variable e`) → **e**.
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- **z = 0 im Driver-Modell = Schulterachse.** (In der Welt liegt sie ~45 mm über dem
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Brett — robot.json Joint1-Origin z=45 —, der Driver rechnet schulter-relativ.)
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- Armlängen (aus `links` abgeleitet): **l1 = 250** (Oberarm), **l2 = 250** (Unterarm),
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**l3 ≈ 90** (Hand). Σ ≈ **590 mm**.
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## 3. Ideale Nullstellung (Grundstellung)
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**Definition:** Arm **waagerecht voll ausgestreckt entlang −y**, Hand **gerade** in
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Verlängerung des Unterarms, Greifer geschlossen.
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**Ziel:** in dieser Stellung sind **alle Gelenkwinkel = 0°**.
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| Achse | Ideal-Wert | Bedeutung |
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|--------|-----------|-------------------------------------------|
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| X | (frei) | Schienenposition `xMotor` in mm |
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| Y (α) | **0°** | Oberarm waagerecht entlang −y |
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| Z (β) | **0°** | Unterarm waagerecht entlang −y (gestreckt) |
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| A (a) | **0°** | kein Unterarm-Dreh |
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| B (b) | **0°** | Hand gerade |
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| C (c) | **0°** | kein Hand-Roll |
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| E (e) | **0** | Greifer geschlossen / Referenz |
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→ Resultierende Fingerspitze: **(xMotor, −(l1+l2+l3), 0) ≈ (x, −590, 0)**.
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(Beobachtet ~−550; Differenz steckt in der l3-Ableitung / Resthandstellung.)
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## 4. Ist-Zustand vs. Ideal
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| Aspekt | aktuell (Modell +Y) | ideal (−Y) |
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|----------------------------|---------------------------|-------------------|
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| α=0 zeigt nach | +y (FK: y=+410) | −y (y=−410) |
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| Grundstellung Y (α) | ≈175° (=180−4,5) | **0°** |
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| gerade Hand B (b) | 180° | **0°** |
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| neutraler Roll C (c) | 90° (posenabhängig) | **0°** |
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| G92 der Grundstellung → y | ≈ +590 | **≈ −590** |
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Verifiziert per FK: `α=β=0 → y=+410`, `α=β=180 → y=−410`. Die +Y/−Y-Spiegelung
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entspricht `α→180−α, β→180−β`.
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## 5. Schritte, um das zu erreichen (Weg 2)
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Reihenfolge nach Workflow: **erst Tests (rot), dann Code, dann grün.**
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### Phase 1 — y-Flip (behebt den gemeldeten Bug)
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1. **Tests schreiben** (zunächst rot):
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- G92 der Grundstellung (α=β=a=b=c=0) → erwartet **y ≈ −590** (statt +590).
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- Round-Trip: `IK(x=0, y=−550, z, φ, θ)` → `FK` → identische Pose zurück.
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2. **`Arm3SegmentLinearX` umstellen** (α/β von −y aus messen):
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- **FK** (`calculatePositionFromMotorAngles`): y-Komponenten von `vecBizeps` und
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`vecUnterarm` negieren; Handgelenk-Vektoren (`n`, `vHand`) und `φ = atan2(vHand.y,…)`
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konsistent nachziehen.
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- **IK** (`calculateAngles3D`): `pY`, `gamma = atan2(pZ, pY)`, die `n`-Konstruktion
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und `φ` entsprechend spiegeln.
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3. **Bestehende +Y-Tests auf −Y migrieren** (erwartete y-Werte spiegeln).
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4. **`doc/Info_G92.md`** aktualisieren: Y/Z-Konvention auf „0° = waagerecht entlang −y".
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5. Suite grün; Round-Trip + Grundstellung grün.
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### Phase 2 — Handgelenk auf Null (optional, für echte All-Zero-Grundstellung)
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6. **B-Konvention drehen:** gerade Hand = **0°** statt 180° (`b → 180°−b` an der
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Schnittstelle; FK/IK + Greifer-Kopplung `eMotor = e − b − c` mit anpassen).
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7. **C-Nullpunkt:** neutral = **0°** statt 90°.
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⚠️ Der C↔ψ-Offset ist **posenabhängig** (`acos(cos β · sin a)`); ein global sauberes
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`c=0=neutral` braucht ggf. eine tiefere Umparametrierung des Handgelenks — **vor**
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der Umsetzung bewerten.
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8. Tests + `Info_G92.md` nachziehen.
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### Verifikation (Definition of Done)
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- G92 der Grundstellung (alle Winkel 0) → Driver meldet **y ≈ −590, z ≈ 0**.
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- appRobotHoming kann die **physisch gemessenen Winkel direkt** senden (ohne Spiegelung).
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- Volle Test-Suite grün, inkl. Round-Trip und Grundstellungs-Tests.
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## Anhang: Stand der bisherigen Arbeit
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- Der atan2-Fix in der IK (`gamma = Math.atan2(pZ, pY)`, [Arm3SegmentLinearX.js:59](../robot/kinematics/Arm3SegmentLinearX.js#L59))
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ist umgesetzt und macht die IK mathematisch für −Y-Eingaben korrekt — eine
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Voraussetzung für Phase 1. Er betrifft **nicht** den G92/FK-Pfad.
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- Die Winkel-Konventionen (B/C/E) sind in [doc/Info_G92.md](Info_G92.md) dokumentiert;
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die Y/Z-Konvention dort wird in Phase 1, Schritt 4 angepasst.
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Reference in New Issue
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