Роботизированная система Berkeley Humanoid Lite с открытым исходным кодом позволяет начать работу в сфере робототехники
Будучи студентом бакалавриата, Юфэн Чи (B.S.’23 EECS) был очарован человекоподобными и шагающими роботами. Стремясь узнать больше, он смотрел видео на YouTube и участвовал в классных проектах, но получить практический опыт и поработать самостоятельно было непросто.
«Мне было интересно создать свою собственную версию человекоподобного робота, но в то время такие вещи, как приводы, двигатели и наборы для робототехники, не были широко доступны, а разработчики держали исходный код в секрете, — сказал он. — Поэтому я начал искать способы создать робота своими руками».
Сейчас Чи, аспирант факультета электротехники и компьютерных наук, входит в команду инженеров из Беркли, которые разработали Berkeley Humanoid Lite — недорогого робота с открытым исходным кодом, изготовленного из деталей, напечатанных на 3D-принтере. Недавно они представили доклад о своей работе на конференции по робототехнике и системам 2025. https://roboticsconference.org/program/papers/62/
Гуманоидная робототехника за последние годы стремительно развивалась, и теперь устройства разрабатываются для применения в промышленной автоматизации, здравоохранении, исследованиях и для оказания личной помощи. Несмотря на растущий интерес к этой области, Чи сказал, что большинство коммерчески доступных устройств остаются относительно дорогими.
Со временем проблема стоимости стала решаться проще. По его словам, более сложной задачей было решение вопросов, связанных с персонализацией и ресурсами.
Коммерческие компании могут предлагать полностью собранных роботов, но из-за проприетарного характера их аппаратного и программного обеспечения часто бывает сложно заменить детали или модифицировать компоненты. Это ограничивает возможности начинающих робототехников по экспериментированию с настройкой и дальнейшему исследованию границ гуманоидных технологий.
В то же время не у всех есть доступ к современному оборудованию. «Некоторые исследовательские проекты предполагают, что у вас есть доступ к сложным станкам с ЧПУ [числовым программным управлением] для продвинутой обработки и что вы используете специализированные печатные платы (PCB) для электроники, — сказал Чи. — В полностью оборудованной лаборатории создание робота с нуля может быть осуществимо, но для многих, включая любителей и мастеров на все руки, это просто недостижимо».
Разрабатывая Berkeley Humanoid Lite, исследователи стремились создать отправную точку для всех, кто интересуется человекоподобными технологиями.
«Наша цель — помочь людям, работающим в сфере исследований и образования, познакомиться с тем, как работает гуманоидная система, в том числе с тем, как собирать и разрабатывать роботизированную платформу, предоставив им шаблон для начала работы, — сказал он. — Всё дело в том, чтобы изучить пример системы и собрать её с нуля, один блок за другим. Затем, набравшись опыта и уверенности, вы сможете развить её и вывести на новый уровень».
В основе конструкции Berkeley Humanoid Lite лежит модульная 3D-печатная коробка передач для приводов и корпуса робота. Все остальные компоненты можно приобрести на широко доступных платформах электронной коммерции или изготовить с помощью стандартных настольных 3D-принтеров.
Таким образом, общая стоимость оборудования не превышает 5000 долларов (по ценам на рынке США), что составляет лишь малую часть стоимости покупки серийного робота аналогичного размера.
Кроме того, с помощью 3D-принтера можно легко изготовить запасные части взамен сломанных или изношенных.
Высота Berkeley Humanoid Lite составляет около 1 метра, а вес — примерно 16 кг.
По оценкам Чи, начинающему робототехнику потребуется около недели, чтобы собрать собственного гуманоида Berkeley Humanoid Lite, хотя этот срок может варьироваться в зависимости от набора навыков и уровня опыта.
«Хорошая новость в том, что в нашем Discord и других чатах сообщества мы видим, что пользователи действительно собирают его, — сказал он. — Они присылают фотографии собранных роботов, и это очень интересно».
С тех пор как Чи начал работать над Berkeley Humanoid Lite четыре года назад, новые стартапы начали продавать более доступные металлические приводы. Но Чи считает, что модульность Berkeley Humanoid Lite даёт ему важное преимущество перед коммерческими продуктами.
«Используя наш подход, вы можете начать с создания одного привода, заставить его вращаться, а затем попробовать установить несколько приводов на простую руку или ногу», — сказал он.
Понимая, что детали, напечатанные на 3D-принтере, по своей природе не обладают такой же прочностью, как, например, алюминий, исследователи использовали циклоидальную зубчатую передачу в редукторе внутри привода.
«Основное преимущество заключается в том, что зубья шестерни очень большие, — сказал Чи. — Это распределяет нагрузку по большей площади поверхности, чем в традиционных зубчатых системах, снижая напряжение и износ».
Кроме того, они протестировали несколько аспектов 3D-печатных приводов, чтобы убедиться в их долговечности. «Наши результаты показали, что 3D-печатный привод по крайней мере не уступает другим приводам, — сказал Чи, — или находится в пределах допустимого для выполнения этих задач и навыков более высокого уровня».
Он добавил: «Мы спроектировали его так, что если привод выйдет из строя, вы можете просто напечатать другой редуктор и заменить его. Но мы ещё ни разу не ломали ни один привод на наших тестовых роботах, даже после всех этих экспериментов».
Исследователи также проверили способность Berkeley Humanoid Lite выполнять простые задачи, такие как захват предметов и передвижение вперёд.
Чтобы обеспечить манипулирование руками, исследователи собрали для робота систему телеуправления. Используя джойстик, они продемонстрировали способность Berkeley Humanoid Lite хватать предметы и играть с ними, в том числе с кубиком Рубика. Исследователи также использовали обучение с подкреплением для разработки контроллера передвижения, который позволяет двуногому роботу ходить.
Чи отметил, что, хотя навыки передвижения робота «немного неуклюжи и не совсем изящны», он надеется, что сообщество Berkeley Humanoid Lite со временем улучшит программный код и устранит все ошибки.
Аппаратное обеспечение Berkeley Humanoid Lite, встроенный код, а также фреймворки для обучения и развертывания имеют полностью открытый исходный код. Исследователи хотели, чтобы пользователи могли видеть, как все работает, и легко настраивать робота.
«Я верю в дух сообществ с открытым исходным кодом, в идею экосистемы, где люди делятся идеями и знаниями, — сказал Чи. — Мы надеемся, что Berkeley Humanoid Lite поможет нам приблизиться к демократизации разработки человекоподобных роботов».
Помимо Чи, соавторами исследования являются Кушил Сринат, доцент кафедры машиностроения и главный исследователь; аспиранты кафедры машиностроения Цяюань Ляо, Цзюньфэн Лун, Сяоюй Хуан и Чжунъю Ли; а также София Шао, доцент, и Боривое Николич, профессор, оба с кафедры электротехники и компьютерных наук.
Источник: habr.com