Open Source Robotics

精選高品質的開源機器人專案、工具與軟體，推動機器人社群向前發展。

OpenCat

以 Arduino 與 Raspberry Pi 為基礎的開源四足機器人寵物框架

授權條款

MIT

概述

OpenCat 是 Petoi 開發的開源四足機器人寵物框架，提供完整的硬體與軟體平台，用於打造平價、敏捷的四足機器人。這個專案受 Boston Dynamics 的 Spot Mini 啟發，由 Rongzhong Li 博士於 2016 年在 Wake Forest University 發起，他後來創立了 Petoi LLC。這個框架驅動兩款量產機器人：Bittle 機器狗（9 自由度）與 Nybble 機器貓（11 自由度），兩者都是巴掌大小的平台，能夠行走、奔跑、跳躍，甚至後空翻。系統執行於以 Arduino Uno 為基礎客製的 NyBoard 控制器上，搭載用於自平衡的 6 軸慣性量測單元（IMU），透過精密的步態演算法協調最多 16 顆 PWM 伺服機。

軟體堆疊涵蓋多個層次：低階的 C++ Arduino 韌體負責即時伺服機控制、逆向運動學與以 IMU 為基礎的平衡；Python API 支援高階腳本與整合；桌面／行動應用程式則提供視覺化校準與控制。OpenCat 支援透過 Grove 感測器介面、I2C 連接與 10 針 Raspberry Pi 排針進行擴充，讓使用者能加入攝影機、超音波感測器、語音模組、光達（LiDAR），以及 NVIDIA Jetson Nano 等 AI 加速器。社群打造的應用涵蓋以 SLAM 進行的自主導航、在 NVIDIA Isaac Gym 中的強化學習、AWS IoT 車隊管理，以及結合 TinyML 的模仿學習。

OpenCat 已在全球出貨數千套套件，成為進入四足機器人領域最容易上手的入門途徑之一。它銜接了玩具機器人與研究平台之間的落差，服務 K-12 教育、大學課程、業餘專案與專業原型製作。

硬體：Bittle 是一款巴掌大小（20cm x 11cm x 11cm）、重約 290g 的四足機器人。它使用 9 顆 Petoi P1S 伺服機（270 度行程）：8 顆用於腿部關節，1 顆用於頭部水平轉動，由 NyBoard V1 驅動。NyBoard V1 是一塊客製的 Arduino Uno 板，搭載 ATmega328P MCU、PCA9685 16 通道 PWM 驅動器與 MPU6050 6 軸慣性量測單元（IMU）。電力來自內建充電電路的 7.4V 1000mAh 鋰離子電池（依活動量而定，約可使用 30–60 分鐘）。機身為射出成型塑膠，腿部關節帶有彈簧以吸收衝擊。四個 Grove 感測器埠、紅外線接收器、蜂鳴器與 10 針 Raspberry Pi 排針可供擴充。

軟體：韌體以 C++ 為 Arduino IDE 撰寫，實作即時伺服機控制、步態生成、以 IMU 為基礎的自平衡，以及序列指令協定。Python API（OpenCatPythonAPI）提供高階機器人控制。pyUI 桌面應用程式負責校準、韌體上傳與技能編排。支援透過 Codecraft 進行積木式視覺化程式設計，也可直接以 C++/Python 編寫程式。

能力：行走、奔跑、小跑、爬行、跳躍、後空翻、伏地挺身式起身、斜坡行進與頭部追蹤。可透過 Raspberry Pi 或 Jetson Nano 擴充攝影機（物體偵測、SLAM）、超音波／紅外線距離感測器、語音控制、手勢辨識與 AI 模組。支援在 NVIDIA Isaac Gym 與 MuJoCo 模擬中進行強化學習訓練。

為何重要

OpenCat 提供一個平價、完全開源的平台，銜接了玩具機器人與 Boston Dynamics Spot 等昂貴研究平台之間的落差，讓四足機器人更加普及。一套具備 9 或 11 個自由度、以 IMU 為基礎的平衡與可擴充 AI 能力的完整套件不到 300 美元，讓全球的學生、業餘愛好者與研究人員都能接觸足式行走運動研究、STEM 教育與 IoT 原型製作。它的量產硬體消除了製造門檻，而這道門檻正是大多數開源機器人專案無法觸及真實使用者的原因。

解決的問題

四足機器人的研究與教育長期被要價數千美元、韌體封閉的平台把持。OpenCat 提供一款不到 300 美元、完全開源並採用量產硬體的四足機器人，讓學生、教育工作者與業餘愛好者不必從零打造自訂硬體，就能實驗足式行走運動、逆向運動學、以慣性量測單元（IMU）為基礎的平衡與 AI 驅動的自主能力。

重點

  • 完整的開源四足機器人框架，搭配量產品質的硬體套件（Bittle 狗、Nybble 貓），售價不到 300 美元並出貨全球
  • 9 個（Bittle）或 11 個（Nybble）自由度，搭配以慣性量測單元（IMU）為基礎的即時自平衡，可實現行走、奔跑、跳躍與後空翻等動態步態
  • 多層次程式設計，從積木式視覺化編程（Codecraft）、Arduino C++ 到 Python API，並可擴充 Raspberry Pi 與 Jetson Nano
  • 活躍的生態系，已部署數千台，社群應用涵蓋 SLAM、強化學習、IoT 與 TinyML
  • 提供 URDF 與 MuJoCo XML 模擬模型，可用於模擬到現實（sim-to-real）轉移與在 NVIDIA Isaac Gym 中進行強化學習訓練

適用對象

  • 透過動手做四足機器人專案教授機器人學、程式設計與工程的 STEM 教育工作者與學生
  • 想要一個平價、可改裝的四足機器人平台來開發自訂步態與整合感測器的機器人愛好者與自造者
  • 使用此平台進行強化學習、模擬到現實（sim-to-real）轉移、電腦視覺與 SLAM 研究的 AI/ML 研究人員
  • 製作四足機器人應用原型（包括巡檢、監控與車隊管理）的 IoT 與產品開發者

限制

  • 機上運算有限：ATmega328P 只有 32KB 快閃記憶體與 2KB SRAM；進階 AI 需要外接 Raspberry Pi 或 Jetson Nano
  • 電池續航短：7.4V 1000mAh 電池依活動強度，只能提供 30-60 分鐘的實際使用時間
  • 負載能力低：機身重約 290g，最大負載 450g，限制了感測器與設備的選擇
  • 在跳躍與後空翻等反覆高衝擊動作下，塑膠結構與齒輪可能破裂或崩牙
  • 體積小加上塑膠腳，離地間隙與抓地力極小，不適合崎嶇的戶外地形

本網站需要 JavaScript 才能正常運作。請啟用 JavaScript 以瀏覽我們的開源機器人專案。