Open Duck Mini V2

Un mini robot papera open source da stampare in 3D e costruire, ispirato al droide BDX di Disney

Licenza

Apache-2.0

Panoramica

Open Duck Mini V2 è un robot a forma di papera open source da costruire da sé: una versione in miniatura del droide BDX di Disney, alta circa 42 centimetri, la cui camminata è una rete neurale addestrata con apprendimento per rinforzo. Il progetto è pensato per essere accessibile ed economico, con un costo della distinta base completa inferiore a 400 $. Il robot ha 14 servo a bus seriale Feetech STS3215 per i giunti di gambe e testa, un Raspberry Pi Zero 2W per il calcolo a bordo e un'unità di misura inerziale (IMU) BNO055 per rilevare l'orientamento. Tutte le parti strutturali sono stampate in 3D in PLA e TPU standard, con un modello CAD OnShape completo disponibile per la personalizzazione.

Il progetto dà grande importanza al trasferimento sim-to-real per la locomozione bipede. Le policy sono addestrate nel simulatore fisico MuJoCo con apprendimento per rinforzo, poi messe in funzione direttamente sul robot fisico. Il team ha sviluppato Open Duck Playground, un framework personalizzato basato su MuJoCo Playground di Google DeepMind, per addestrare le policy di camminata. Una modellazione accurata dei motori si ottiene con BAM di Rhoban (strumento di identificazione degli attuatori), fondamentale per colmare il divario sim-to-real con gli economici servo hobbistici del progetto.

Open Duck Mini V2 ha creato una comunità vivace, con un server Discord attivo, numerose costruzioni della comunità documentate in tutto il mondo e contributi di costruttori da ogni parte del globo. Il progetto include anche funzioni espressive opzionali come occhi a LED, una telecamera, un altoparlante, orecchie-antenna motorizzate e un proiettore, che danno al robot una personalità oltre la pura ricerca sulla locomozione.

Hardware: l'Open Duck Mini V2 è alto 42cm ed è costruito con oltre 35 parti in PLA/TPU stampate in 3D, assemblate con inserti filettati a caldo M3 e cuscinetti. Usa 14 servo a bus seriale Feetech STS3215 (5 per gamba: imbardata/rollio/beccheggio dell'anca, ginocchio, caviglia; più 4 per beccheggio/imbardata/rollio della testa e beccheggio del collo) e 2 micro servo SG90 per le orecchie-antenna. Il computer di bordo è un Raspberry Pi Zero 2W con un'unità di misura inerziale (IMU) BNO055 a 9 gradi di libertà per rilevare l'orientamento, interruttori di contatto nei piedi per rilevare il suolo e un pacco batterie 2S 18650 con BMS per l'alimentazione.

Software: le policy di apprendimento per rinforzo sono addestrate in MuJoCo con il framework Open Duck Playground, basato su MuJoCo Playground di Google DeepMind. La dinamica dei motori è modellata con precisione tramite lo strumento di identificazione degli attuatori BAM di Rhoban. Le policy addestrate sono esportate come modelli ONNX e messe in funzione sul Raspberry Pi tramite Open Duck Mini Runtime. I movimenti di riferimento per l'apprendimento per imitazione sono generati con un motore di camminata parametrico.

Capacità: camminata bipede tramite policy RL sim-to-real, giunti della testa a 3 gradi di libertà (beccheggio/imbardata/rollio), rilevamento del contatto con il suolo, feedback di equilibrio basato sull'IMU e funzioni espressive opzionali tra cui occhi a LED, visione con telecamera, uscita audio da altoparlante e orecchie-antenna motorizzate.

Da non confondere con Microduck: Microduck è il robot papera più piccolo di Pollen Robotics, alto 25 cm e venduto montato a 399 $, il cui software è aperto ma l'hardware no. L'hardware di Open Duck Mini è completamente aperto, quindi le parti si stampano e il robot si costruisce da sé.

Perché è importante

Open Duck Mini V2 rende accessibile a tutti la ricerca sui robot bipedi offrendo una piattaforma completamente open source ed economica (la distinta completa dei componenti costa meno di 400 $) per l'apprendimento per rinforzo sim-to-real. Colma il divario tra costose piattaforme di ricerca e robotica hobbistica, consentendo a chiunque abbia una stampante 3D di costruire e sperimentare la locomozione bipede, un problema che tradizionalmente richiedeva robot da migliaia di dollari.

Il problema che risolve

La ricerca sulla locomozione bipede richiede di solito hardware robotico costoso e proprietario da migliaia di dollari. Open Duck Mini V2 offre una piattaforma bipede economica e completamente open source su cui ricercatori, studenti e hobbisti possono addestrare e mettere in funzione policy di camminata con apprendimento per rinforzo tramite trasferimento sim-to-real, abbassando la barriera d'ingresso alla sperimentazione con la robotica bipede.

Punti chiave

• Robot bipede completamente open source (Apache 2.0) costruibile per meno di 400 $ con parti stampate in 3D e servo commerciali
• Le policy di apprendimento per rinforzo addestrate nella simulazione MuJoCo si trasferiscono direttamente al robot fisico per la locomozione a piedi
• Usa servo a bus seriale Feetech STS3215 con una modellazione accurata dei motori tramite BAM di Rhoban per un trasferimento sim-to-real affidabile
• Comunità attiva con server Discord, costruzioni della comunità in tutto il mondo e sponsorizzazione di HuggingFace e Pollen Robotics
• Design modulare con funzioni espressive opzionali (occhi a LED, telecamera, altoparlante, orecchie-antenna) che vanno oltre la pura locomozione

A chi si rivolge

• Ricercatori di robotica che studiano la locomozione bipede e il trasferimento sim-to-real dell'apprendimento per rinforzo
• Studenti universitari e docenti che cercano una piattaforma pratica ed economica per insegnare RL e controllo dei robot
• Membri della comunità maker e fai da te che vogliono costruire e personalizzare il proprio robot bipede che cammina
• Ingegneri di IA/ML interessati ad applicare l'apprendimento per rinforzo a problemi di controllo di robot fisici

Limiti

• La camminata è ancora in fase di perfezionamento e non è ancora una locomozione fluida di qualità da prodotto
• I servo hobbistici Feetech STS3215 hanno coppia e precisione limitate rispetto ad attuatori di livello da ricerca
• Il montaggio richiede capacità di saldatura, una stampante 3D in grado di stampare PLA e TPU e familiarità con Linux embedded
• La documentazione ha alcune sezioni incomplete, anche se il Discord della comunità colma le lacune
• L'autonomia della batteria è limitata dalla configurazione 2S 18650, e il Raspberry Pi Zero 2W ha una potenza di calcolo ridotta