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前言

我司『七月具身』过去一年多成长极快

1. 但具身技术仍未成熟，故未来几年始终属于极度高精尖、极度前沿
   而我司不能因为在『人才供给、上下游生态』上的竞争，与一线城市之间出现劣势
2. 加之因有两高校让我们在今26年Q4之内手搓1.2人形，以作为「底层完全开放」下的教学之用
   意味着，我们从之前不搞硬件，正式迈入手搓硬件之旅
   当然，也包含本体代购、OMD定制(涉及1.1/1.2/1.3/1.45/1.6五种尺寸的人形定制、轮式定制、机械臂定制)
   意味着，我们从30家头部本体厂商的具身场景交付伙伴，正式升级为：具身软硬一体化研发商：自研各类具身垂直大脑、自研各形态机器人

故我司这月将在深圳设立办公室(毕竟深圳的硬件人才、硬件供应链相对成熟，如果你也有意手搓人形，欢迎私我，加入我们深圳具身团队，一起干；当然 也可以私我加入：人形手搓交流群)，杭州办公室则延后建设，欢迎敢想、敢干的年轻人加入我司

而在手搓人形的过程中，不可避免的会借鉴已有的开源人形，故注意到了本文要介绍的Berkeley Humanoid Lite(包括我在深圳的具身开发者朋友江兄——他们正在自研一款桌面人形，以及kimi，均推荐了该项目)

1. Berkeley Humanoid Lite——一款开源的人形机器人，旨在实现易获取、易定制，并能够惠及整个社区
   该设计的核心是一种用于执行器和机器人本体的模块化 3D 打印齿轮箱。所有零部件都可以从广泛可用的电商平台获取，并使用标准桌面级 3D 打印机制造，从而将整机硬件成本控制在 5,000 美元以下（基于美国市场价格）
2. 本设计重点强调模块化和易于制造。针对 3D 打印齿轮箱相较金属齿轮箱在强度和耐久性方面的固有限制，作者采用了摆线齿轮设计，在当前场景下提供了较优的结构形式
   且其完全开源硬件设计、嵌入式代码以及训练与部署框架

第一部分 Demonstrating Berkeley Humanoid Lite:An Open-source, Accessible, and Customizable3D-printed Humanoid Robot

1.1 引言与相关工作

1.1.1 引言

如原论文所述，开发一款开源、低成本且功能完备的人形机器人面临多重挑战

1. 首先，人形机器人要实现平顺、稳定的运动，需要复杂的驱动执行机构。虽然已经存在高性能的执行器，但它们往往价格昂贵且为专有产品，从而限制了可获得性
   
   以往研究探索了多种执行器设计方案，包括行星齿轮系统、皮带传动执行器以及准直接驱动（quasi-direct drive）等，每种方案在成本、效率与复杂度之间都有各自的权衡
   然而，能够在保持开源的前提下，同时兼具可负担性与可靠性的解决方案仍然很少
2. 其次，制造与装配方面的限制进一步削弱了其易用性
   许多面向科研的人形机器人平台依赖CNC 加工、激光切割或定制铣削的部件，这些都需要专门的制造设施
   开源方案尝试通过使用 3D 打印来降低这一门槛
3. 但最后一个难点在于，如何确保在真实环境中的长期可靠性能
   人形机器人在保持精确运动控制的同时，必须能够承受持续的运行应力。虽然采用 3D 打印部件可以提升可及性，但由于材料本身的局限（例如刚度降低以及随时间产生磨损），也带来了耐久性方面的隐忧

因此，如何设计出在可及性、模块化和长期可靠性之间取得平衡的人形机器人平台，仍然是机器人学研究中的一个开放性挑战

为了解决这些挑战，来自University of California, Berkeley的研究者提出了 BerkeleyHumanoid Lite——一款开源的中等尺寸人形机器人平台，其设计目标是易用、低成本且高度可定制

• 其paper地址为：Demonstrating Berkeley Humanoid Lite:An Open-source, Accessible, and Customizable3D-printed Humanoid Robot
• 其项目地址为：lite.berkeley-humanoid.org
  其github地址为：github.com/HybridRobotics/berkeley-humanoid-lite

具体而言，该方案利用了 3D 打印的摆线齿轮执行器，在成本效益与足够的机械可靠性之间取得平衡，从而减少对昂贵的专有执行器的依赖。通过优化执行器设计并采用广泛可得的元器件，该平台确保研究人员和爱好者无需专用制造设施即可搭建和改装该机器人。

1. 为提升制造的可及性，作者重点采用模块化与可扩展的设计原则。所有结构件都可以使用标准桌面级 3D 打印机打印，而所有电子与机械部件则可从常见的线上供应商处采购
2. 此外，作者通过在运动与遥操作方面的一系列实验，展示了该平台在真实世界中的可行性。通过实现一个基于强化学习的行走控制器，在无需再训练的情况下，将策略从仿真零样本迁移到真实硬件，验证了在动态任务中我们的执行器设计的有效性
3. 与此同时，遥操作系统支持实时操作任务，进一步展现了该机器人在科研与教育场景中的适应性
   通过将硬件设计、嵌入式系统代码以及训练框架全部开源，作者希望推动人形机器人研究的普及化

1.1.2 相关工作

作者宣称，他们的重点是面向机器人应用的开源、易获取且可定制的执行器，以及能够被学术实验室和研究团体轻松采用的机器人平台

首先，对于执行器

执行器在机器人平台中发挥着至关重要的作用，直接影响性能、效率与整体能力。为了优化机器人执行器，人们已经探索了多种设计构型

1. Katz [14] 开发了一种完全开源的高性能本体感知执行器，其中包括为四足机器人设计的定制电机驱动器
   其设计采用了现成电机与行星齿轮组件，但需要对电机和齿轮进行改造，并配合定制的铝制外壳
   
   Gealy 等人 [10] 使用皮带减速系统，作为机械臂的模块化执行器
   同样地，Kau 等人 [15] 通过采用皮带传动并使用 ODrive [25] 作为电机控制器，在四足机器人领域取得了有前景的结果；然而，他们的设计减速比较小且缺乏模块化
2. 此外，Grimminger 等人 [12] 和 W¨uthrich 等人 [39] 提出了一系列开源工作，在小型腿式机器人中结合了皮带减速与定制电机驱动器
   
   Urs 等人 [36] 提出了一种与 Moteus[23] 电机驱动器配套使用的 3D 打印行星齿轮箱，但其方法需要使用树脂 3D 打印机
   
   Azocar 等人[4] 开发了用于假肢应用的、带行星齿轮传动的完全开源执行器，但其制造过程需要使用 CNC 加工
3. 此外，Roozing 和 Roozing [30] 研究了利用熔融沉积成型（FDM）3D 打印制造摆线齿轮箱时的设计考量
   在后续研究中，Roozing 和 Roozing[31] 提出了一种非针轮设计，对 3D 打印执行器的结构形式进行了优化

他们的研究表明，将 3D 打印摆线传动集成到执行器中是可行的，从而为低成本、易获取且可靠的机器人系统铺平了道路

其次，对于人形机器人

现有的人形机器人平台通常可分为三类：商业专有系统、研究实验室设计平台以及开源社区项目

1. 商业平台——例如 Agility Robotics 的 Digit [1]、Fourier Intelligence 的 GR1 [9]、Westwood Robotics 的THEMIS [2]、OpenLoong FXV2750 [26] 和 NAO H25 [24]——都经过精心设计，可实现稳健执行
   
   然而，其高昂的价格使得大多数研究团队和更广泛的机器人社区难以负担。尽管也存在如宇树（Unitree）的 H1 [35]和 G1 [34] 等低成本替代方案，但其封闭源代码的体系结构限制了用户的自主修改，并使维修变得复杂，从而在很大程度上削弱了面向科研应用的可定制性
2. 研究实验室也一直在自主研发具备高自由度（DoF）和大扭矩的人形机器人，将其作为用于研究人形机器人控制的先进平台 [13, 22, 27]
   
   近期，更小型的人形机器人——例如 Berkeley Humanoid [20]、MITHumanoid [32]、悟空（Wukong）[38] 以及许多其他平台 [18, 21, 33, 40, 41]——相继被提出，并重点面向灵活敏捷的运动能力
   尽管这些平台在性能上表现优异，并且非常适用于强化学习相关的应用，但由于其生产数量有限，通常使其使用范围受到限制
   
   此外，这些设计往往依赖于诸如数控加工（CNC machining）和激光切割等先进制造工艺，而这些工艺通常只在部分学术机构中可用。设计中还采用了昂贵的元器件，进一步限制了其可适配性和大范围推广
3. 开源社区项目提供了一种更加易于获取的替代方案。然而，其中许多仍然依赖需要 CNC 加工的定制部件[28]
   其他项目，如 Poppy Humanoid[16]、OP3[29] 和 NimbRo-OP2[8]，则利用 3D 打印技术，并使用舵机作为关节
   这种方法通过使用桌面级3D 打印机进行制造，从而降低了制造门槛。尽管如此，舵机通常缺乏可回驱性，并且具有较高的反射惯量，使其运动较为迟缓，也不太适合扩展到中型或更大型的人形平台

为了解决这些挑战，作者提出了 Berkeley HumanoidLite，这是一款模块化的中型人形机器人平台，兼顾可获得性与可定制性，从而降低入门门槛，使更广泛的研究者与爱好者群体能够参与到人形机器人研究与创新之中

1.2 系统设计

1.2.1 本体概述

Berkeley Humanoid Lite 是一款中型人形机器人平台，在设计时重点考虑了可获得性和可定制性。机器人的主要组件如图 2 所示

该机器人重量为 16kg，高度为0.8m。两种规格的执行器直接驱动手臂和腿部的各个关节，每种执行器均集成了 3D 打印的摆线减速器。躯干采用铝型材结构，以便于安装额外组件，并在躯干中心附近安装了一枚手机级IMU

众所周知，执行器、IMU 与控制器之间的高速、低延迟通信对实现平稳运动至关重要

1. 安装在躯干中心的一台 Intel N95 迷你电脑作为低层控制计算机使用
   每条肢体的关节执行器通过 1Mbps 的 CAN 2.0总线连接，四条总线通过 USB-CAN 适配器与计算机进行接口连接
2. IMU 通过 Arduino 微控制器以USB 方式连接
   与执行器和 IMU 的通信频率均设置为 250Hz
   基于强化学习（RL）的行走策略也部署在同一台计算机上，具体细节见第 V-A 节
3. 该机器人由机载 6S 4000 mAh 锂聚合物（LiPo）电池供电，可提供约 30 分钟的运行时间。为了支持更长时间的测试，还可以通过系缆连接外部电源
   
   除非标结构部件外（这些部件可通过常见的桌面级3D 打印机打印），所有组件均可从多个国家的主流在线供应商处购买

1.2.2 性能因子

为了能够与其他机器人进行基准对比，并体现在保证足够性能的前提下对可及性和可定制性的重视，作者采用了 Shi 等人 [33] 提出的定量性能指标，并做了一个小的修改

具体而言，作者按关节数量对该指标进行归一化，将性能因子定义为：所有驱动自由度的平均峰值扭矩，并以机器人的高度和重量进行归一化：

其中，表示被驱动自由度（DoF）的数量，和分别表示机器人身高和重量，而表示第个关节电机的最大转矩

为了将性价比因素纳入考虑，将“per-dollar”定义为性能因子除以机器人成本或销售价格

从而 如图3所示，该平台在成本低于 5000 美元的前提下，实现了较高的性能因子

1.2.3 面向可达性的设计

作者宣称，他们在开发 Berkeley Humanoid Lite 时，一个关键优先事项是让这一硬件平台对各类用户都具有可及性。为实现这一目标，设计过程重点强调使用广泛可获得的元器件、简明易行的加工制造方法，以及整体成本控制

1. 元件可获得性：许多开源机器人设计依赖专用元件，例如定制推力轴承或高性能电机驱动器，这些元件往往难以采购
   
   相比之下，BerkeleyHumanoid Lite 在绝大多数标准件上依赖常见的在线商城零部件，尤其是 Amazon 和淘宝（AliExpress）
   电子元器件则从 Digikey 和Mouser 等信誉良好的供应商处采购
   ————
   通过选择在多个国家都能广泛买到的部件，Berkeley Humanoid Lite 最大限度地降低了供应壁垒，确保用户在没有漫长交期或地域限制的情况下即可获得所需材料
2. 3D 打印：桌面级 3D 打印技术的最新进展使熔融沉积成型（FDM）更加易用且可靠
   因此，Berkeley Humanoid Lite 采用 FDM 工艺来制造所有非标准结构部件
   
   聚乳酸（PLA）被选作打印丝材，是因为其具有良好的力学性能和优异的打印特性
   尽管 3D 打印塑料件会带来一些挑战——例如材料强度较低、制造误差较大以及材料各向异性——但 Berkeley Humanoid Lite 通过在其执行器中采用摆线减速器来缓解这些问题
   
   摆线齿轮能够在多个齿面上分配载荷，并且相比行星齿轮，更能适应桌面级 3D 打印机有限的分辨率，从而提高系统可靠性 [30]
   
   如图 4 所示『6512 执行器的爆炸视图和剖视图。所有组件要么为 3D 打印制造，要么来自线上市场采购』
   
   额外的加强结构(例如通孔螺钉和嵌入式黄铜六角支柱)有助于防止沿层间边界发生失效，并增强整体载荷能力
   某些子部件被合并为单一的3D打印件，以减轻重量并避免紧固件周围出现潜在的应力集中。为保证与标准桌面级设备的兼容性，每个零件都被设计为可适配 200mm × 200mm × 200mm 的成型体积
3. 低成本：作者详细列出了在美国和中国的元件成本，以说明 Berkeley Humanoid Lite 的经济性
   
   表 I
   
   和
   表 II
   
   汇总了两种驱动器设计的费用
   
   而表 III
   
   则给出了整机装配完成后的总成本
   
   除了原材料之外，搭建和维修机器人所需的时间也会计入总体开支
   对于 Berkeley Humanoid Lite，大多数现成元件在美国和中国都可以在一周内发货，定制零件也可以在一周内打印完成，整台机器人大约在三天内即可完成组装
   损坏的致动器也可以轻松更换和维修。这些因素共同将维修停机时间降到最低，并降低了构建和维护中型人形机器人系统的入门门槛

1. 以6512执行器为具体示例，作者选择了广泛可获得的6811ZZ滚珠轴承来确定整个执行器的总体尺寸
   驱动执行器的电机采用MAD Components的M6C12 150KV无刷直流（BLDC）无人机电机，在可购性、性能和成本之间取得了较好的平衡
2. 随后，作者选择B-G431B-ESC1作为电机驱动器，主要看重其价格低廉，并且在Mouser和Digikey上容易买到。虽然也可以使用如Moteus Controller [23]、ODrive [25] 或 VESC [37]等替代方案，但作者更优先考虑成本效益和供货的持续稳定性
   
   外壳、摆线齿轮、输入轴以及输出轴均采用3D打印制造，并在输入轴中嵌入黄铜六角柱，以提高刚度并增强从电机到摆线盘的扭矩传递能力

1.2.4 面向定制化的设计

除了易用性之外，Berkeley Humanoid Lite 还被设计成高度可定制。不同的研究目标和任务可能需要在机器人尺寸和关节配置上有所差异，而 3D打印所提供的灵活性，使得根据特定需求对机器人的形态进行调整变得直观而便捷

1. 灵活的配置：由于 Berkeley Humanoid Lite 的每个关节都由一个自包含的致动器驱动且无需额外连杆，调整相邻关节之间的连杆长度变得非常直接
   
   如图 5 所示『一种替代的成人尺寸机器人构型，具有7自由度腿部和灵巧手。使用同样可从线上供应商处获得的碳纤维管来加长双腿，以匹配平均成年人的身高。不同颜色用于表示关节的转动方向（绿色：大腿俯仰；红色：外展；蓝色：大腿旋转）』
   
   通过使用碳纤维管延长腿部连杆，可以将 Berkeley Humanoid Lite 转变为一款接近成人尺寸的平台
   关节的排列顺序也可以轻松互换：尽管大多数类人机器人在髋部使用三个连续的转动关节来近似实现一个球形关节，但关节布置和朝向的变化会显著影响其运动范围、能耗和效率 [42, 43]
   
   上图图 5 还展示了另一种在其他类人机器人中常用的替代髋关节配置
   
   通过简化这些改装过程，Berkeley Humanoid Lite 使得在真实硬件上能够快速完成不同髋关节设计的原型制作与对比评估
2. 不同形态结构：Berkeley Humanoid Lite 的执行器只需要电源和 CAN 通讯，这使得每条 CAN 总线最多可支持 64 个设备。得益于这一点，机器人可以很容易地被重新配置为多种不同的形态结构
   
   图 6展示了几种示例『示例形态包括：四足形（左上）、双足形（右上）、半人马式（左下）以及移动底盘式（右下）』：
   
   四足形态、双足形态、类似半人马（Centaur-like）的布置，以及移动底盘平台，从而说明 3D 打印结构与一体化执行器如何在仅需极少改动的情况下，就能适配多样化的机器人设计

1.3 执行器评估

一个可靠的执行器是机器人整体性能的基础(顺带说一句，关节模组 = 执行器 + 减速器 + 传感反馈 + 驱动控制 + 结构件 的集成体)

为了评估改机器人所提出设计的能力，作者在与机器人完全相同的条件下进行了一系列实验，包括24V电源供电、相同的位姿PD增益，以及匹配的位姿、扭矩和电流带宽配置

且为了进一步验证，作者将使用自研电机控制器和固件得到的结果，与一款现成的Moteus 控制器所产生的结果进行了交叉对比

1.3.1 能效

为评估执行器的能量效率，作者使用了自制的测功试验台（图 7）

被测执行器工作在力矩控制模式下，而一个次级阻尼执行器（工作在速度控制模式）将系统保持在恒定转速

• 主执行器产生的力矩通过两个拉压力传感器测量
• 电功率测量板记录供电电压和电流，据此计算电气输入功率
• 机械输出功率通过将测得的力矩与测得的转速相乘获得
• 机械效率定义为测得的机械功率与指令扭矩和速度乘积的绝对值之比，即为摆线减速器的效率
• 总效率被定义为测得的机械功率与电气输入功率之比，从而反映执行器的整体效率，其中包括电机铜损、驱动器电损以及机械损耗

在机器人上对应其典型工作范围的三种不同速度下对该执行器进行了测试。为尽量减小瞬态效应，在测量前，每个转矩与速度指令均维持一秒钟

如图 8 所示『6512驱动器（上）和5010驱动器（下）的效率。机械效率计算为实测机械功率与指令转矩和转速之乘积的比值，而总效率定义为实测机械功率与电气输入功率之比。从结果可以看出，在大多数工作条件下，减速器都能保持较高的效率』

测得的效率变化趋势与先前研究结果 [17, 36] 一致，即在较高转矩和速度设置下效率下降。减速器在大多数工况下表现出约 90% 的机械效率。然而，在高转矩和高速度条件下，由于热量产生，效率会降低

1.3.2 传动刚度

1. 作者通过将输出轴相对于执行器外壳刚性固定，并在一系列静态扭矩条件下测量电机位移，来表征执行器的传动刚度
   
   扭矩指令在两个方向上从 0 Nm逐渐增加到 20 Nm，然后再减小回 0 Nm。随后对4 Nm 至 10 Nm 区间内采集的数据进行线性拟合，斜率的倒数得到的刚度约为 319.49 Nm/rad
   
   详见下图图 9『传动刚度测量。将一个6512执行器的输出端固定不动，同时逐渐增加电机的指令转矩。记录转子位置后，得到的平均刚度为319 N·m』
   
2. 该特性曲线的形状与 Roozing 和Roozing 文献 [31] 中报道的 3D 打印摆线减速器的先前测量结果一致，他们对类似的 3D 打印摆线减速器测得的刚度显著更高，约为 1468 Nm/rad。观测到的刚度降低，很可能归因于本研究所用 PLA 材料的强度低于其研究中使用的碳纤维增强尼龙（PA-CF）材料

1.3.3 耐久性

对于任何3D打印执行器来说，一个首要关注点是其工作寿命

1. 作者进行了为期60小时的耐久性测试，在该测试中，执行器以0.5Hz的频率、在 -45° 到 +90°的角度范围内反复提升一个单摆（0.5 kg，0.5m）
   
   在前12小时内作者每隔1小时——之后每隔12小时——暂停测试，利用同一台测功机测试台测量效率，并测量回程间隙
   
   如图10所示
   
2. 效率最初有所下降，但随后又恢复到接近初始水平，这与 Urs 等人[36] 的报告相一致
   尽管随着3D打印部件的磨损，回程间隙略有增大，但它仍然保持在整个为期 60 小时的测试过程中均保持在可接受范围内

1.3.4 各单元间的一致性

1. 在不同环境条件下、使用不同打印机打印的执行器部件，其性能可能会有所差异
   为了证明作者设计的一致性，作者在两台不同的3D打印机上各打印了共六个执行器，并对它们进行了效率评估
2. 图11所示的效率和转矩跟踪误差在各个样品之间保持一致『在两台不同 3D 打印机（P1 和 P2）上打印的六个 6512 执行器样品，在 1rad·s⁻¹ 下的平均效率和力矩跟踪误差』
   整个工作范围内的转矩误差始终保持在±0.5 N·m以内。这表明样品间方差很小，并进一步证明该执行器设计在不同制造来源之间具有良好的鲁棒性

1.3.5 位置跟踪精度

齿轮回程间隙是作者执行器堆栈中稳态位置误差的主要来源。因此，作者通过在六个新近打印的6512 执行器上测量回程间隙来评估单个执行器模块的位置跟踪精度。观测到的最大回程间隙为0.0229 rad，标准差为 0.0042 rad

1. 为评估系统级性能，作者将五个执行器组装成一个具有5 自由度的串联机械臂，并控制其到达四个空间目标
   
   如下图图 12所示『(左)5自由度机械臂被控制去到达四个空间位置目标。(右)末端执行器在该到达任务重复100次过程中的位置方差』
   
2. 每个目标重复100次，同时通过第V-B节中描述的基于SteamVR的运动追踪系统捕捉末端执行器的姿态。结果表明，定位具有一致性，标准差为 3.433 mm

1.4 实验

在本节中，作者评估 Berkeley-Humanoid 在类人机器人研究中若干标准任务上的能力。为此，作者在两个关键领域开展实验：运动（行走）与操作

1.4.1 多足运动

作者宣称，他们为研究类人机器人运动提供了一个稳健的平台。值得注意的是，作者实现了在不依赖额外状态估计方法的前提下，将在 Isaac Gym 中训练得到的策略直接从仿真迁移到实体机器人上。且作者将运动任务表述为一个部分可观测马尔可夫决策过程（POMDP），并使用标准的近端策略优化（PPO）算法来学习控制策略

1. 该策略从机器人硬件接收本体感知观测信息：
   a）机体角速度
   b）投影的重力向量
   以及
   c）关节位置和关节速度
   
   额外输入包括用户给定的线速度指令以及前一时间步的动作。策略输出发送给关节驱动器的期望关节位置
2. 在部署过程中，多层感知机（MLP）策略以 25Hz 的频率在机器人机载计算平台上运行
   图 14 展示了在训练好的强化学习策略控制下，机器人在双足配置下行走并跟随用户指定速度指令的若干快照
   
   值得注意的是，实验中仅使用了执行器力矩上限的 30%，这表明这些执行器远未达到其额定能力上限的状态下运行
   且该观察结果表明，在不牺牲性能的前提下，相同的执行器设计可以用于驱动更大型的人形机器人——例如上一节中给出的那个示例

1.4.2 远程操作操控

这两条具有 5 个自由度的机械臂及其集成式夹爪，使机器人能够作为一个高效的平台，用于双臂操作相关的研究

1. 为展示其能力，作者实现了一个遥操作系统，该系统利用由 SteamVR 基站和控制器构建的动作捕捉装置
   该系统能够实时跟踪操作员手部在全局坐标系中的位置和姿态
2. 至于为何选择SteamVR，是因为它在 OpenXR 生态系统中具有广泛的支持，同时具备高性价比
   当然了，作者宣称，他们的开源软件栈在设计上强调灵活性，可以轻松适配其他追踪解决方案，例如Apple Vision Pro、Meta Quest、OptiTrack 或 Xsens，以满足多样化的研究需求

该VR摇操系统搭建如图 13 所示

作者宣称，他们的遥操作系统提供两种截然不同的操作模式：

1. 无头模式（Headless Mode）
   无头模式提供一种“第三人称”视角，非常适合无法使用VR 显示设备的用户
   在这种配置下，系统解释的是控制器相对于全局坐标系的位姿（位置与姿态）变化。由此，操作者可以通过从外部视角观察机器人的动作，以类似于在电子游戏中操控角色的方式直观地控制机器人
   
   此外，用户可以在任意时间进入或退出控制，从而能够舒适地调整自己的手势姿态
2. 虚拟现实模式（VRMode）
   VR 模式则提供沉浸式的第一人称控制体验。它将控制器在用户局部坐标系中的位姿变化，直接映射到机器人局部坐标系中。这种“身体所有感”（body-ownership）式的交互方式，使操作者几乎可以像在真实世界中使用自己的双手那样自然地完成操作任务，从而形成强烈的临场感与控制感

以满足多样化的用户需求和使用环境

这两种模式均共享一套统一的逆运动学（IK）管线，该管线基于 Pink 和 Pinocchio 库 [5, 6, 7] 实现

两种模式都使用建立在 Pink和 Pinocchio 库 [5, 6, 7] 之上的同一套高鲁棒性 IK求解器。这保证了在任一操作模式下，都能够将期望的末端执行器位姿一致、可靠地转化为对应的机器人关节配置

如图 15 所示

作者可以利用这一系统设置来完成以下任务：(a) 使用马克笔书写；(b) 对纸箱进行拆箱和装箱；(c) 还原魔方；以及 (d) 抓取并放置积木

1.4.3 潜在应用

作者在论文中，进一步探讨 Berkeley Humanoid Lite 各组件的潜在扩展应用，特别是在工程教育和仿生动画（animatronics）领域

鉴于其开源且易于获取的模块化设计，作者预期在机器人社区的推动下，会涌现出更广泛的应用场景

1. 对于教育：该 3D 打印执行器是工程教育中一款高效的教学工具
   在机电一体化课程中，由于其易用性，学生可以获得关于电机执行器组件的动手实践经验，包括减速机构、电机本体以及其驱动板
   值得注意的是，6512 执行器已经在 UC Berkeley 的 MECENG 102B 课程中用于演示摆线传动的工作原理
   其开源且易于制造的设计，使学生可以在摆线齿轮以外尝试不同类型的齿轮，或利用模块化执行器搭建自己的机器人
   
   在控制课程中，学生可以基于电机模型开发自己的 FOC算法，或使用该执行器搭建倒立摆实验平台，用于控制器性能评估
   在机器人课程中，学生可以在现有机器人平台上进行动手实验，以实现课堂所教授的算法，例如运动规划、强化学习或模仿学习
   该系统的模块化、易获取且易于维修的设计同样有利于教师与指导人员，使其能够快速更换损坏的部件
   
   当然了，除了高等教育之外，该平台还可以激发并吸引中学生和高中生对机器人技术的兴趣
2. 对于电子仿真偶（机械动画）：得益于其模块化和轻量化设计，Berkeley Humanoid Lite 也可以用作娱乐领域的电子仿真偶平台，如图 16 所示
   
   通过在外形设计上进行打磨以增强表达力——比如加入可爱感和生动感等特征 [3]——该机器人能够呈现更具吸引力和视觉冲击力的外观
   
   此外，采用源自动画领域的身体运动设计技术，可以生成富有表现力的动作，而物理机器人则能够利用文献 [11, 19] 中详细介绍的控制方法来执行这些动作
   
   总之，凭借其低成本、易制造以及便于维修的特性，Berkeley Humanoid Lite 为娱乐应用提供了一个前景可观的平台，尤其适用于面向年轻受众的场景

最后，作者认为，本研究的一个局限性在于，对3D打印结构在长时间运行过程中所受热效应的研究尚不充分，而这些热效应可能会影响其机械强度以及整体系统可靠性。未来的迭代版本将包括更严格的热测试和结构优化，以解决这些问题。除了本文展示的机器人形态之外，还有更多潜在的新型形态有待探索，并可开放共享

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