U-ARM : Ultra low-cost general teleoperation interface for robot manipulation

📄 arXiv: 2509.02437v3 📥 PDF

作者: Yanwen Zou, Zhaoye Zhou, Chenyang Shi, Zewei Ye, Junda Huang, Yan Ding, Bo Zhao

分类: cs.RO

发布日期: 2025-09-02 (更新: 2025-10-17)

🔗 代码/项目: GITHUB

💡 一句话要点

提出低成本通用遥操作界面U-Arm，用于机器人灵巧操作

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 遥操作 机器人操作 低成本 通用界面 3D打印 机械臂控制 主从控制

📋 核心要点

  1. 现有遥操作界面成本高昂或适配性差，难以满足通用机器人操作的需求。
  2. U-Arm通过低成本3D打印主臂和一致的控制逻辑，实现了与多种商用机械臂的快速适配。
  3. 实验表明，U-Arm在数据收集效率和任务成功率上优于现有低成本遥操作方案。

📝 摘要（中文）

本文提出了一种低成本且可快速适配的主从遥操作框架U-Arm，旨在与市面上大多数商用机械臂连接。该系统支持通过三种结构不同的3D打印主臂进行遥操作，这些主臂共享一致的控制逻辑，从而能够与各种商用机器人配置无缝兼容。与之前的开源主从界面相比，我们进一步优化了机械设计和舵机选择，使得6自由度主臂的材料清单（BOM）成本仅为50.5美元，7自由度版本的成本为56.8美元。为了提高可用性，我们通过机械和控制优化来缓解控制冗余自由度时遇到的常见挑战。实验结果表明，与另一种低成本遥操作界面Joycon相比，U-Arm在多个操作场景中实现了高39%的数据收集效率和相当的任务成功率。我们已经开源了三种配置的所有CAD模型，并提供了用于验证遥操作工作流程的仿真支持。我们还开源了使用U-Arm收集的真实世界操作数据。项目网站是https://github.com/MINT-SJTU/LeRobot-Anything-U-Arm。

🔬 方法详解

问题定义：现有遥操作界面通常存在成本高、通用性差的问题，难以快速适配不同的机器人平台。特别是对于冗余自由度的机械臂，控制难度较高，影响操作效率和任务成功率。因此，需要一种低成本、易于适配且能有效处理冗余自由度的遥操作方案。

核心思路：U-Arm的核心思路是设计一种低成本、模块化的主臂，通过3D打印技术降低制造成本，并采用一致的控制逻辑，实现对不同构型机械臂的通用控制。同时，通过机械和控制优化，缓解冗余自由度带来的控制难题。

技术框架：U-Arm系统主要包含三个部分：3D打印的主臂、控制系统和从臂（商用机械臂）。主臂负责捕捉操作者的运动，控制系统将主臂的运动指令转换为从臂的控制信号，从而实现对从臂的遥操作。系统支持多种主臂配置（6自由度和7自由度），并提供仿真环境用于验证遥操作流程。

关键创新：U-Arm的关键创新在于其低成本和通用性。通过优化机械设计和舵机选择，显著降低了主臂的制造成本。同时，采用一致的控制逻辑，使得主臂可以适配多种商用机械臂。此外，通过机械和控制优化，有效缓解了冗余自由度带来的控制难题。

关键设计：U-Arm的关键设计包括：1) 采用3D打印技术制造主臂，降低制造成本；2) 优化舵机选择，在保证性能的前提下降低成本；3) 设计一致的控制逻辑，实现对不同构型机械臂的通用控制；4) 通过机械结构设计和控制算法优化，缓解冗余自由度带来的控制难题。具体的控制算法细节和参数设置在论文中未详细描述，属于未知信息。

📊 实验亮点

实验结果表明，U-Arm在多个操作场景中实现了比Joycon高39%的数据收集效率，并且在任务成功率上与Joycon相当。这意味着U-Arm在保证任务完成质量的同时，能够更快地收集操作数据，从而提高工作效率。此外，U-Arm的低成本和通用性使其更具吸引力。

🎯 应用场景

U-Arm可应用于远程医疗、危险环境作业、工业自动化等领域。例如，医生可以通过U-Arm远程操控机器人进行手术；在核电站等危险环境中，操作人员可以通过U-Arm远程操控机器人进行维修和维护工作；在工业生产线上，工人可以通过U-Arm远程操控机器人进行装配和搬运等任务。该研究降低了遥操作系统的成本和使用门槛，促进了机器人技术在各行业的应用。

📄 摘要（原文）

We propose U-Arm, a low-cost and rapidly adaptable leader-follower teleoperation framework designed to interface with most of commercially available robotic arms. Our system supports teleoperation through three structurally distinct 3D-printed leader arms that share consistent control logic, enabling seamless compatibility with diverse commercial robot configurations. Compared with previous open-source leader-follower interfaces, we further optimized both the mechanical design and servo selection, achieving a bill of materials (BOM) cost of only \$50.5 for the 6-DoF leader arm and \$56.8 for the 7-DoF version. To enhance usability, we mitigate the common challenge in controlling redundant degrees of freedom by %engineering methods mechanical and control optimizations. Experimental results demonstrate that U-Arm achieves 39\% higher data collection efficiency and comparable task success rates across multiple manipulation scenarios compared with Joycon, another low-cost teleoperation interface. We have open-sourced all CAD models of three configs and also provided simulation support for validating teleoperation workflows. We also open-sourced real-world manipulation data collected with U-Arm. The project website is https://github.com/MINT-SJTU/LeRobot-Anything-U-Arm.