2 수동 로봇 텔레오퍼레이션 하드웨어 설정 안내서

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두 팔은 하나 보다 기하급수적으로 더 어렵게 원격으로 작동한다. 이 가이드 는 비용, 품질 및 운영자 부담에 대한 정직한 타협을 하는 세 가지 하드웨어 접근법을 다루고 있다.

왜 두 가지 수동 전화 수술이 근본적으로 더 어려운 일인가

단일 팔의 텔레오퍼레이션은 이미 인지적으로 요구적입니다. Bimanual는 관리하기 위해 전용 하드웨어가 필요한 세 가지 합성 도전을 추가합니다.

** 조정:** 인간 운영자는 3D 공간에서 두 손이 어디에 있는지 보고 있지 않고 직접 인식을 통해 자연스럽게 팔을 조정합니다. VR 컨트롤러 또는 화면 기반 인터페이스를 통해 이것을 복제하면, 필적 운동학이 일치하는 신체적 리더 팔과 비교했을 때 조정 품질이 크게 떨어집니다.

** 시간 동기화:** 두 팔 모두 조정된 시간 내에 작용해야 합니다 (함께 도달, 동시에 풀, 접경 속도가 일치합니다). 동기화되지 않은 시범은 조정 포인트에서 실패하는 정책을 훈련합니다. 공유 시간표 또는 촉발된 카메라를 통해 하드웨어 동기화는 선택적이지 않습니다.

일체 사업자 대 두 사업자: 일부 접근 방식은 두 개의 별도의 사업자를 필요로 한다 (팔당 한 사업자). 이것은 사업자 비용을 두 배로 늘리고, 사업자 간 시간차를 도입하며 신중한 조정 프로토콜이 필요합니다. 일체 사업자 쌍방형 시스템 (ALOHA, 쌍방식 VR) 은 더 비싸지만 더 높은 품질의 데이터를 생산합니다.

두 가지 수동 인프라를 구축하기 전에, 당신의 작업이 실제로 두 가지 팔을 필요로 하는 것을 확인하십시오. 많은 두 가지 수동 작업 (포치에서 쏟아부거나 나뭇가지 뚜을 열) 은 하나의 팔로 성공적으로 훈련하는 순서적 단일 팔 단계로 분해될 수 있습니다.

선택 A: ALOHA 스타일 리더-따라자 (데이터 품질을 위해 권장)

ALOHA (비매뉴얼 텔레오퍼레이션에 대한 저비용 오픈소스 하드웨어 시스템) 아키텍처는 두 개의 가벼운 리더 팔 (WidowX-250 S) 과 두 개의 풀 사이즈 펠로우 팔 (ViperX-300 S2) 을 결합합니다. 운영자는 리더 팔을 직접 잡고, 공동 위치가 실시간으로 팔로워에 복제됩니다.

** 구성 요소:** 2× WidowX-250 S 리더 (당 3,100 달러), 2× ViperX-300 S2 추종자 (당 4,800 달러), 리더 마운팅 프레임, 사용자 지정 전선 배지, 우분투 22.04 + ROS2 Humble의 컴퓨터. 총: ~ $ 18K 무기, ~ $ 32K 완전한 시스템.
** 왜 WidowX가 리더가 되는 이유:** ViperX 추종자와 같은 다이내믹셀 세로 가족은 투명한 운동화 지도를 의미합니다. WidowX의 가벼운 무게 (0.53 kg) 및 더 짧은 도달 (250 mm) 는 앉아있는 운영자가 2 시간 동안 수집 세션에 대해 유지 및 이동하는 것을 편안하게 만듭니다.
중력 배상: 리더 팔은 중력 배상 기능을 갖춰야 함으로써 운영자가 거의 0의 실적 무게를 유지한다. 그 없이는 운영자 피로감은 30~~45분 후에 데이터 품질의 저하를 초래한다. 중력 배상 모드에서 Dynamixel 전류 제한을 30~~50%로 설정한다.
연속기준 요구 사항: 운영자에게 투명함을 느끼기 위해 리더~후속기준은 <10 ms여야 합니다. ALOHA는 로컬 USB 다이내믹셀 버스에서 35 ms를 달성합니다. 네트워크 컴퓨터를 통해 로우팅하지 마십시오.
** 데이터 형식의 출력:** 14-DOF 공동 위치 배열 (7 팔 50 Hz), 3 카메라 스택 (손목 왼쪽, 손목 오른쪽, 상류) 및 지갑 열. ACT, 디스푸지언 폴리치 및 레로봇과 원산적으로 호환됩니다.

선택지 B: 쌍용 VR 컨트롤러 (일체 운영자 유연성에서 가장 좋습니다)

두 컨트롤러와 함께하는 메타 퀘스트 3는 저렴한 비용 (500 달러) 의 단일 운영자 쌍방향 인터페이스를 제공합니다. 운영자는 작업장에서 실행되는 역동학을 통해 최종 효과자 카르테시아 위치에 대한 신체적 손 위치를 지도합니다.

** 설정:** 메타 퀘스트 3 ($500) + AnyTeleop 또는 사용자 지정 IK 서버 + 손목 장착 추적기 (선택, $200 각).
** 손목 확장 추적기:** Quest 3 컨트롤러는 지갑/트리거 위치를 추적합니다. 전팔 방향을 필요로 하는 작업에 있어서, 더 정확한 6-DOF 손목 포즈를 추적을 위해, 조종사의 손목 위에 2차 추적기 (VIVE Tracker 3.0, 각 $ 130) 를 설치합니다.
** 늦도 관리:** 컴퓨터 와이파이로 Quest 3: 515 ms. IK 계산: 310 ms. 팔을 명령: 515 ms. 총: 1340 ms. 대부분의 조작 작업에 적합합니다. 고 정밀 작업 (<5 ms 지연이 필요합니다) 에, 대신 리더 팔을 사용하십시오.
** 제한과 리더 팔:** 자기 수용 피드백이 없어서 운영자는 팔 저항이나 거의 독창성 상태를 느낄 수 없습니다. 3D 공간에서의 조정 정확도는 물리적 참조 없이 낮습니다. 정밀 작업 ( 삽입, 스레딩) 의 데이터 품질은 리더 팔보다 측정 가능한 수준 낮습니다. 분류, 배치, 청소 및 운송 작업에 적합합니다.
중동적 조정: 이중 VR의 주요 장점은 운영자가 매일 사용하는 자연적인 양동적 조정 같은 신경 제어 기능을 사용한다는 것입니다.

C 옵션: 쌍발 외골격 장갑 (더 좋은 것은 한 양손잡이용)

손가락 수준으로 두 가지 수동 조정 (노딩, 두 가지 숙련된 손으로 집합, 옷 조작) 을 필요로 하는 작업에 있어서, 한 쌍의 촉각 장갑은 두 가지 숙련된 로봇 손을 동시에 움직인다.

** 하드웨어:** SenseGlove Nova 2 쌍 (8,000 달러), 또는 HaptX G1 쌍 (20,000 달러) 을 최고 신뢰성으로 사용한다. Inspire RH56 현명한 손 (각 8,000 달러) 또는 Shadow Dexterous Hands (한 22만 달러) 과 결합된다. 대부분의 연구실에서는 비용상의 이유로 Inspire RH56을 사용합니다.
** 시스템 전체 비용:** SenseGlove + Inspire 쌍 + 쌍 팔 설정: ~ 35K 달러. HaptX + Shadow + 쌍 팔: 280K 달러.
** 동기화:** 두 장갑 모두 공유된 ROS2 주제에 100 Hz로 게시됩니다. 공유된 NTP 시계 또는 PTP (IEEE 1588) 에서 하드웨어 시간표와 < 1 ms 간 장갑 시간표로 동기화됩니다.
운동자 피로: 외골격 장갑은 신체적으로 까다롭다. 대부분의 사업자들은 45~~60분 연속 사용 후 품질 저하를 경험한다. 45분마다 10분 간헐으로 수집 세션을 계획한다. 하루 전체 세션 제한: 4~~5시간.

동기화 구현 (<5 ms 용납)

비시 सिंkronized 바이마뉴얼 데이터는 쓸모없는 것보다 더 나쁘다.

** 하드웨어 카메라 트리거:** 하드웨어 트리거 신호 (워크스테이션에서 발생하는 GPIO 파동) 를 사용하여 모든 카메라를 동시에 트리거합니다. RealSense 카메라의 멀티 카메라 프레임 동기화 모듈: $ 50. 동기화 오류: < 100 μs.
ROS2 시간표: 시스템 시계가 캡처 시점에 설정된 헤더.스탬프로 로스2_공동_ 인터페이스/센서_MSGS를 사용하세요. 도착 시점에 아닌 시스템 시계가 설정된 상태입니다. 모든 노드를 단일 시간 소스를 사용하도록 구성하세요 (시스템 시계가 크로니를 통해).
** 리더와 추종자 동기화:** 두 리더 팔 결합 상태와 두 추종자 상태의 표본을 같은 호출 타이머 (50 Hz) 에서 확인하십시오. 왼쪽/ 오른쪽 읽기 두 버스를 동일한 호출에서 읽지 마십시오.
** 확인:** 동기화 테스트를 기록: 양 팔이 동시에 움직일 것을 명령하고, 왼쪽과 오른쪽 팔의 합동 상태 시표가 < 5 ms가 다르다는 것을 확인합니다.

2차 작업에 필요한 작업 공간 설계

** 테이블 높이는:** 7585cm (표준 책상 높이는). 팔 기둥은 같은 높이에 앉아야 합니다.
팔 기점 중심부 사이에 팔의 분리가: 50~70cm. 더 가까운 분리가 팔과 팔의 충돌 위험을 초래하고, 더 넓은 분리가 두 가지 수동 작업 공간을 덮어 놓을 수 있습니다.
** 객체 작업 공간:** 쌍방향 작업은 테이블 높이 15~~30cm 이내에 두 팔 사이에 30~~50cm 떨어진 객체를 중심으로 하는 것을 필요로 합니다.
머리 카메라: 테이블 위 150cm 위 위치, 두 팔 사이에 중앙, 수직에서 45° 각로. 이 방법은 운영자 모니터링과 정책 관측을 위한 완전한 양동력 관점을 제공합니다.
** 옆 카메라:** 작업 공간의 반대편에 테이블 높이에서 위치 (반대의 조작자) 이 두 가지 수동 포착, 객체 전달 및 접근 경로를 캡처합니다.

2편 에피소드 데이터 형식

ACT/ALOHA 협약에 따라 표준 양동력 데이터 형식, 레로봇 및 전파 정책과 호환되는:

/ 관찰/qpos: 플롯 매리 [14] 팔당 6 관절 + 팔당 1 개의 지갑 열, 50 Hz.
/ 관찰/qvel: 플롯 매리 [14] 공동 속도는 qpos와 같은 구조입니다.
/ 관찰/ 이미지/ 카메라_high: RGB [480×640×3] 30fps의 고정된 상공 카메라.
/ 관찰/ 이미지/ 카메라__왼쪽_목목: RGB [480×640×3] 30fps의 좌측 손목 카메라.
/ 관찰/ 이미지/ 카메라____ 오른쪽 _ 손목: RGB [480×640×3] 30fps의 오른쪽 손목 카메라.
/행동:
에피소드 레벨 싱을 가진 HDF5로 저장합니다. lerobot.scripts.convert_dataset 를 사용하여 Hugging Face 업로드를 위해 LeRobot Parquet 형식으로 수출합니다.

전체 BOM: ALOHA 스타일의 두 번째 수동 시스템

Component	Qty	Unit Cost	Subtotal	Spec Notes
ViperX-300 S2 follower arms	2	$4,800	$9,600	750 mm reach, 750 g payload, Dynamixel XM540
WidowX-250 S leader arms	2	$3,100	$6,200	Same servo family, gravity compensation enabled
U2D2 USB-to-Dynamixel adapters	4	$30	$120	One per arm; direct USB for <5 ms latency
Intel RealSense D405 (wrist cams)	2	$150	$300	Global shutter, 640x480 @ 90 fps, 55 mm body
Logitech BRIO (overhead cam)	1	$150	$150	4K, 30 fps; mount 150 cm above table
Workstation PC	1	$3,500	$3,500	i7-13700, RTX 4070, 32 GB, 2 TB NVMe, Ubuntu 22.04
Steel table (120x80 cm, 100 kg rated)	1	$500	$500	Bolt both followers and leaders to same surface
Camera mounts + cable management	1	$400	$400	Rigid articulating arms, USB 3.0 active cables
UPS + power distribution	1	$250	$250	CyberPower 1000 VA; prevents motor damage on power loss
Total			~$21,000	Excludes shipping; add ~$1,500 for spare grippers + parts

[OpenArm 1]T11]를 추종자로 사용하는 RCSV-과 동등한 시스템 ($4,500 각, 6-DOF, 500g 유용하동, ROS2 네이티브) 에 대해서는 전체가 약 $18,000로 떨어집니다. 오픈 소스 펌웨어와 통합된 ROS2 드라이버의 장점으로.

집합 및 기계적 조율 절차

기계적 조율은 두 가지 수동 설정에서 가장 간과되는 단계입니다. 조율이 좋지 않은 팔기 기반은 소프트웨어 캘리브레이션이 완전히 수정할 수 없는 체계적인 자세 오류를 유발합니다.

단계 1 -- 기 팔기 기반 장착 구멍: 두 기 기본 판이 50~70cm의 분리 거리에 걸쳐 0.5mm 이내에 평행되도록 CNC 절단 템플릿 또는 정밀 기 가이드를 사용하십시오. 기를 15Nm 토크 스pecification로 단단히 가십시오.
** 단계 2 - 공동 평면성을 확인하라:** 설치 후 두 팔 플랜지를 모두 집착 위치로 정밀 직선으로 배치한다. 격차는 <1mm가 되어야 한다. 그렇지 않으면, 비평 기하 아래에 을 추가한다.
단계 3 -- 리더 팔의 설치: 리더 밑바닥은 좌석 운영자의 자연적인 팔의 거리를 맞추기 위해 리더 밑바닥의 거리가 40-50cm (따자보다 좁아야 한다).
** 4 단계 - 손목 카메라 설치:** 3D 인쇄된 딱딱한 브래킷을 사용하여 각 후속 손목 링크에 D405 카메라를 부착하십시오. 카메라는 지갑의 중앙선 쪽으로 15도 각도로 기울여야 합니다. 관절 스파이 테스트를 수행함으로써 카메라가 전체 운동 범위 동안 어떤 표면과 접촉하지 않는지 확인하십시오.
** 5 단계 - 케이블 라우팅:** 팔 연결을 따라 케이블 관리 클립을 통해 USB 케이블을 로팅하십시오. 각 관절에 느슨하게 허용하십시오. 너무 긴 것은 2000 주기에 걸쳐 케이블 피로를 유발합니다. 손목 카메라에 USB 3.0 활성 확장 케이블 (최고 5m) 을 사용하십시오.

제어기 가등: 중력 보상 및 공동 한계

리더 팔의 중력 보상은 2차 수동 텔레오퍼레이션을 다시간 세션에서 가능하게 합니다. 그렇지 않으면, 운영자는 30분 이내에 피로하고 데이터 품질이 급격히 떨어집니다.

** 중력 보상 설정:** 각 리더 팔의 다이내믹셀 세르보를 전류 기반 위치 모드로 설정합니다. 현재 제한을 30~50%의 명칭 토크로 설정합니다. 펌웨어는 각 관절 각구에서 중력 부하에 비례한 전류를 적용하여 팔이 운영자에게 거의 무중감을 느끼게합니다.
공동 제한 구성: 리더와 추종자 모두에서 하드웨어 제한 내에서 소프트웨어 공동 제한을 5도 설정합니다. 이것은 리더가 추종자가 하드 스톱을 부딪히는 것을 유발하는 포즈를 명령하는 것을 방지합니다. 지도 리더 공동 범위 [min+5, max-5] 후속자 범위 [min+5, max-5] 선형으로.
** 작업 공간 경계 테스트:** 첫 번째 데이터 수집 전에, 두 리더의 모든 접근 가능한 작업 공간을 동시에 스캔하도록 운영자에게 명령하십시오. 확인: (1) 접근 가능한 리더의 포즈에서 추종자 간의 충돌이 없거나, (2) 추종자 자 충돌이 없거나, (3) 케이블 칩이 없거나. 문제 영역을 표시하고 소프트웨어 배제 제한을 추가하십시오.
지착력 가등: 섬세한 물체에서는 2-5N, 딱딱한 물체에서는 8-15N로 고정한다. 리더지착력 가동기를 (애날로그 입력) 선형으로 추종자지착력 가동기를 표시한다. 대상 물체와 테스트하여 운영자가 안정적으로 잡을 수 있고 풀어낼 수 있는지 확인한다.

ROS2 양동력 동기화 주제

다음 ROS2 주제 구조는 동기화 된 양동력 기록을 보장합니다. 모든 주제는 동일한 시계 소스를 공유해야합니다 (Chrony NTP를 통해 시스템 시계):

T0 -- 센서_msgs/JointState 50 Hz, 7 DOF (6 관점 + 지착)
T1 -- 센서_msgs/JointState 50 Hz, 7 DOF
T2 -- 센서_msgs/JointState 50 Hz, 7 DOF
T3 -- 센서_msgs/JointState 50 Hz, 7 DOF
T4 -- 센서_msgs/ 30fps, 640x480 RGB
T5 -- 센서_msgs/ 30fps, 640x480 RGB
T6 -- 센서_msgs/ 30fps, 640x480 RGB
T7 -- std_msgs/String: " 녹음", "무휴", "파우즈"

중요한 구현 세부 사항: 모든 4 개의 공동 상태 주제를 50 Hz에서 ** 단일 타이머 리콜링**에서 읽으십시오. 독립적인 리콜링을 가진 별도의 가입자를 사용하지 마십시오. 이것은 기록된 데이터에서 시기를 불안하게 만드는 1-20 ms의 변수 인터 리드 지연을 도입합니다.

지연 측정 및 최적화

Stage	Typical	Acceptable	Optimization
Leader read (USB bus)	1-2 ms	<3 ms	Sync read; do not poll servos individually
Joint mapping computation	<0.1 ms	<1 ms	Linear mapping; no IK needed for kinematically matched arms
Follower write (USB bus)	1-2 ms	<3 ms	Sync write to both arms simultaneously
Servo response	2-5 ms	<8 ms	Set Dynamixel return delay to 0 us
Total leader-to-follower	3-5 ms	<10 ms	Transparent feel requires <10 ms

리더에 단계 동작을 명령하고 고속 카메라 (240 fps) 로 추종자의 응답을 기록함으로써 끝에서 끝까지 지연을 측정합니다. 리더의 움직임과 추종자의 움직임 사이의 프레임을 계산하십시오. 240 fps에서, 각 프레임은 ~ 4.2 ms입니다.

일반적인 실패 방법 및 문제 해결 방법

** 왼쪽-우측 동기화 손실:** 증상: 한 팔이 20-50 ms 지연한다. 원인: 한 USB 버스가 과부하된다 (예를 들어 손목 카메라가 동일한 USB 컨트롤러를 공유한다). 해결: 카메라와 팔 버스에 별도의 USB 컨트롤러를 사용 - T8로 확인하고 컨트롤러들 사이에 배포한다.
후보 공동 제한이 두동력 작업 중 발생: 증상: 한 후자가 하드 스톱을 잡고 다른 후자가 계속되는 동안 오류를 유발합니다. 원인: 리더 작업 공간은 팔이 서로 더 가까워지는 쌍동력 구성에서 후자의 접근 가능한 공간을 초과합니다. 수정: J1 및 J2에서 리더 공동 제한을 추가로 10도 감소시킵니다.
팔-팔 충돌: 증상: 좌측과 오른측 팔 사이의 충돌이 조정된 작업 중 발생한다. 원인: 작업 공간의 초복 영역은 명령된 동작에 너무 크다. 수정: 팔의 SDK 충돌 피를 사용하여 소프트웨어 충돌 영역을 추가하거나, 또는 빠른 동작을 위해 중앙 초복 영역을 피하기 위해 운영자를 훈련한다.
** 지갑의 비동기:** 증상: 한 지갑이 출동 작업 중 열리고 다른 지갑이 닫는다. 원인: 리더 지갑의 지도가 한 팔에 대해 뒤집어진다. 수정: 두 손의 지갑 명령 polarity를 확인한다. 둘 다 동일한 오픈/크로스 컨벤션을 사용해야 한다.
** 카메라 이미지 비동일성:** 증상: 정책 훈련은 카메라 프레임과 관절 상태 사이의 잘못된 동작을 보여줍니다. 원인: 카메라 프레임이 USB에 비동일성으로 도착합니다. 수정: GPIO를 사용하여 하드웨어 프레임 트리거를 구현하거나 모든 D405 카메라 사이에 RealSense 하드웨어 동기화 케이블을 사용하십시오.

RCSV와 작업

실리콘밸리의 로봇 센터는 샌프란시스코와 올스턴, MA의 두 개의 데이터 수집 역을 운영합니다.

데이터 수집 서비스 -- 우리는 훈련된 운영자들과 함께 HDF5 또는 LeRobot 형식으로 제공되는 양동력 시범 데이터를 수집합니다
[로봇 임대] (T19) -- 연구소용으로 전체적인 ALOHA 스타일의 양동력 시스템을 임대하여
하드웨어 스토어 -- 오픈아름 1, DK1 쌍용 키트, 카메라, 액세서리를 구입
데이터 플랫폼 -- 온라인에서 두 개의 데이터 세트를 업로드, 시각화, QA 및 변환합니다
[우리와 연락하세요] (T22) -- 우리 엔지니어링 팀과 함께 2차례의 작업 가능성 평가 계획을 세우고

RCSV에서 두 가지 매뉴얼 데이터 수집

RCSV는 ALOHA형 쌍방향 시스템과 쌍방향 VR 설정을 운영하며, 두 가지 다리 데이터 수집을 위해 운영하고 있습니다. 우리 운영자는 쌍방향 조정 작업에 대해 훈련되어 있습니다. 작업의 실현가능성 평가에 대해 저희에게 연락하십시오.

[데이터 서비스를 참조]

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