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

提出一种超低成本通用遥操作界面U-Arm，用于机器人操作

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 遥操作 机器人手臂 低成本 3D打印 leader-follower 机器人控制 开源硬件

📋 核心要点

  1. 现有遥操作界面成本高昂或兼容性差，限制了其在机器人操作中的广泛应用。
  2. U-Arm通过低成本3D打印leader手臂和优化的控制逻辑，实现了与多种商用机器人手臂的兼容。
  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，并开源了相关数据和模型。

📝 摘要（中文）

本文提出了一种低成本且快速适应的leader-follower遥操作框架U-Arm，旨在与大多数商用机器人手臂连接。该系统支持通过三种结构不同的3D打印leader手臂进行遥操作，这些手臂共享一致的控制逻辑，从而与各种商用机器人配置无缝兼容。与之前的开源leader-follower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leader手臂的材料清单（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：现有商用机器人手臂的遥操作界面通常成本较高，限制了其在教育、研究和小型企业中的应用。同时，已有的开源遥操作界面在机械设计和控制优化方面存在不足，导致操作效率和任务成功率较低。此外，控制冗余自由度也是一个挑战。

核心思路：U-Arm的核心思路是设计一种低成本、易于制造和使用的leader-follower遥操作系统。通过3D打印leader手臂，并优化机械结构和舵机选择，显著降低了硬件成本。同时，采用一致的控制逻辑，实现了与多种商用机器人手臂的兼容。通过机械和控制优化，缓解了冗余自由度控制的难题。

技术框架：U-Arm系统主要包含三个部分：3D打印的leader手臂、控制系统和follower机器人手臂。用户通过操作leader手臂，控制信号传递给控制系统，控制系统再将指令发送给follower机器人手臂，实现遥操作。系统支持多种leader手臂配置（6自由度和7自由度），并提供了仿真环境用于验证遥操作流程。

关键创新：U-Arm的关键创新在于其超低的硬件成本和高度的兼容性。通过优化机械设计和舵机选择，显著降低了leader手臂的制造成本。同时，采用一致的控制逻辑，实现了与多种商用机器人手臂的无缝连接。此外，开源了CAD模型、仿真环境和真实世界操作数据，方便其他研究者使用和改进。

关键设计：U-Arm的关键设计包括：1) 3D打印的leader手臂的机械结构设计，需要保证足够的强度和灵活性；2) 舵机的选择，需要在成本和性能之间进行权衡；3) 控制算法的设计，需要保证操作的精度和稳定性；4) 仿真环境的搭建，需要尽可能真实地模拟真实世界的环境。

🖼️ 关键图片

fig_0
fig_1
fig_2

📊 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。这表明U-Arm在低成本遥操作界面中具有显著的优势。此外，U-Arm的材料清单成本仅为50.5美元（6自由度）和56.8美元（7自由度），远低于其他同类产品。

🎯 应用场景

U-Arm具有广泛的应用前景，包括机器人教育、远程医疗、危险环境下的机器人操作等。其低成本和易用性使其能够被广泛应用于教育领域，帮助学生学习机器人操作和控制。在远程医疗领域，医生可以通过U-Arm远程控制机器人进行手术或诊断。在危险环境中，U-Arm可以用于远程控制机器人进行排爆、救援等任务，降低人员伤亡风险。

📄 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.