三个本科生用四个月时间,克服了资金、人员和技术难题,成功打造并开源了一台人形双足机器人。这段经历不仅提供了从机械设计到算法训练的全流程实战经验,更展现了在资源有限条件下实现技术突破的完整思路。
智能速览
团队组建困难,因开源项目缺乏直接回报而难以招募成员。
采用10自由度主流方案,全3D打印结构以降低成本。
靠导师个人支持和自费凑齐10个核心关节电机。
基于最新的Isaac Lab平台进行强化学习训练。
实测暴露了仿真与现实间的频率、质量等多重差异。
项目完整开源,计划三月发布详细教程。
精华内容
从零开始构建人形机器人,每一步都充满挑战。以下是整个项目从构想到实现的关键环节。
临时的三人组
项目初期,两名队友因个人原因退出,负责人一度想放弃。在网友评论的鼓励下,他决心继续,但重组团队困难重重。由于项目开源,无法提供论文或奖项等功利性回报,询问的本科生和研究生均无兴趣。最终,通过导员介绍“忽悠”来一位机械学弟,并在校园墙找到一位想积累经验的电控同学,组成了一个“草台班子”三人团队。
低成本的机械方案
机器人下半身采用10自由度的主流关节布局,方案具有通用性,便于后续二次开发。受限于经费,机械结构全部使用桌面级3D打印,耗材来自实验室,分批次打印以减少浪费。组装仅需3-4种M3螺丝,过程简单。最大开销是10个关节电机,在拉赞助无果后,靠实验室导师个人出资购买了8个,又从隔壁实验室借了2个,才得以凑齐,其余配件则由负责人自费500元购得。
前沿算法训练
算法部分采用基于英伟达最新Isaac Sim平台和Isaac Lab库的强化学习方案,以确保教程的长久适用性。训练模型为一个简单的全连接神经网络,输入端为IMU传感器和电机数据构成的观测空间,输出端为10个电机的目标关节位置。在仿真环境中,机器人从不断跌倒开始,通过奖励函数调整权重,逐步学会站立、前进和行走,策略表现持续优化。
Sim2Real的挑战
将仿真策略部署到实机时遇到了典型问题。早期版本未上ROS,暴露了多项差异:电机PD控制器频率与仿真相差5倍;模型推理频率从30Hz降至不足10Hz;为保护硬件手动截断了策略输出;仿真与实机的零件质量不一致,后通过逐一称重标定解决。尽管存在这些问题,机器人依然能稳定站立,证明了强化学习模型良好的泛化能力。