共享外骨骼实现一对一灵巧机器人示范

共享外骨骼实现一对一灵巧机器人示范

Tengbo Yu, Jiahao Wu, Daohan Li, Bingxu Chen, Hao Liu +2 位

1 分钟阅读•2026年9月12日

硬件:共享外骨骼

SEED-UMI在人类侧和机器人侧采用了接触侧外骨骼几何结构与编码器坐标系,同时根据不同承载对象调整腕带和安装支架。这样一来,无论设备由人还是机器人佩戴,编码器读数都构成一种统一的跨形态测量;在相同指令下产生的差异,可用于监督从指令到关节的残差映射。

用于人类和机器人操作的SEED-UMI外骨骼硬件

外骨骼机构设计

该外骨骼专为一只全驱动灵巧手协同设计,并以此作为唯一目标平台。由于无需追求跨平台迁移,连杆长度、关节轴线和运动范围都可以固定下来,直接复现机器人的运动学树。由此带来两项更强的特性:设备两侧实现一对一的关节对应关系;人佩戴和机器人佩戴时,接触几何结构完全一致。

骨架为目标灵巧手的每个主动自由度配置一个转动关节,连杆长度与机器人的指骨长度匹配,关节轴线方向也完全一致。机械限位复现机器人的运动范围,因此操作员能够到达的构型,机器人也都能够到达。整套外骨骼覆盖五根手指,共独立测量20个关节。

传感器集成

所有传感器都安装在外骨骼框架上,因此无论设备由哪种形态的主体佩戴,每路信号都在同一物理坐标系中记录。传感器布局由两个设计目标驱动:

  1. 采集下游策略学习所需的动作通道和观测通道。
  2. 尽量缩小这些通道在人类侧与机器人侧之间的分布偏移。
SEED-UMI传感器与数据处理流程

实验设置

该平台由一台RealMan RX75机械臂和一只Wuji灵巧手组成,后者每根手指配备4个驱动自由度,总计20个。人类与机器人均佩戴共享外骨骼,从而在不同形态之间保持一致的外部接触几何结构和相机位置。

安装在手背侧的Intel RealSense T265用于提供六自由度腕部位姿;安装在掌腹侧的鱼眼相机则以宽视场提供策略观测。腕部轨迹采用固定的T265到工具中心点对齐方式,不进行轨迹校正。

SEED-UMI示范运行轨迹

局限性

尽管SEED-UMI提高了灵巧操作示范数据采集的效率,仍存在若干局限。目前,系统尚未实现面向不同灵巧手的全自动适配:针对不同的连杆布局、关节限位和驱动范围,仍需在外骨骼几何结构、标定动作和成对回归目标方面进行工程设计。

由于操作员在采集过程中需要佩戴外骨骼,佩戴舒适度、穿戴时间和任务便利性也会影响长时程及精细操作。未来的工作将实现跨灵巧手设计与映射的自动化,改善佩戴体验,并引入触觉传感以更准确地估计接触状态。

常见问题

SEED-UMI旨在实现什么? SEED-UMI让人类与机器人共享一套外骨骼,用于支持一对一的灵巧操作示范。

外骨骼能够测量多少个关节? 它能够测量五根手指上的20个独立关节。

为什么人类侧和机器人侧的外骨骼要采用机械匹配设计? 匹配两侧的接触几何结构、编码器坐标系、关节对应关系和相机位置,可以最大限度地减少跨形态分布偏移。

当前系统的主要局限是什么? 不同的灵巧手仍需针对外骨骼几何结构、标定方式和回归目标进行工程设计;同时,佩戴舒适性也会影响长时程及精细操作。