当前限制人形机器人规模化落地的主要因素有两点，第一是机器人的泛化能力有限，在实际场景下技术的迁移能力远远不够，导致其无法在具体环境中部署。第二是制造成本限制，主流人形机器人本体价格普遍在50万左右，个别高端型号甚至达到百万级别。
高昂的开发成本、闭源的设计架构及有限的定制能力，成为制约该领域快速发展的主要瓶颈。为解决这一问题，加州大学伯克利分校池宇峰团队打造了一款低成本开源人形机器人Berkeley Humanoid Lite，该机器人采用桌面3D打印制造，支持定制化设计，本体BOM成本在5000美元以内，约合35000元人民币。
▍成本破局！低成本3D打印专为开发者量身打造！
当前市场上的人形机器人平台主要分为商业产品和研究原型两类。商业产品如Agility Robotics的Digit、Fourier Intelligence的GR1等，虽然性能卓越，但价格普遍超过数万美元，使得大多数研究机构和个人难以承受。此外，尽管研究原型具备较高的定制性与性能表现，但因其制造依赖CNC加工、激光切割等专门流程，而这类设施并非所有研究机构都能轻松获取，从而严重限制了其广泛应用范围。
开源硬件与软件在推动技术创新及促进协作方面，蕴含着巨大潜力。通过公开共享设计文件与代码，研究人员得以相互学习、取长补短并持续改进，进而加速技术的迭代进程与优化升级。在人形机器人这一前沿领域，开源特性与定制化需求显得尤为迫切。这不仅能够有效降低开发成本，还能提高系统的灵活性和适应性，推动技术的普及和应用。
Berkeley Humanoid Lite的核心设计理念聚焦于开源与可定制。研究团队为用户提供了全面且完整的硬件设计文件、嵌入式代码，以及训练和部署框架，使用户能够依据自身实际需求，自由地对相关内容进行修改与定制。
为降低使用门槛，Berkeley Humanoid Lite采用3D打印技术，并选用现成电子元件，成功将总硬件成本控制在5000美元以内。这一价格远低于市场上同类商业产品，让更多研究机构和个人能够负担得起。研究团队通过优化设计与供应链管理，巧妙地将高性能与低成本融为一体。
在模块化与易制造方面，Berkeley Humanoid Lite的设计着重突出这两大特性。其所有结构部件均可通过标准桌面3D打印机制造，电子和机械部件则能从主流在线供应商处轻松购得。这种设计模式大幅降低了制造复杂度，提升了系统的可维护性与升级性。此外，模块化设计使用户能够根据实际需求，便捷地更换或升级部件，进而延长系统的使用寿命。
▍Berkeley Humanoid Lite本体结构与机械设计原理解析
Berkeley Humanoid Lite定位于中型尺寸人形机器人平台，身高为0.8米，体重16公斤。该平台的主要机械部件涵盖腿部和臂部的关节驱动器、躯干结构，以及集成在手机级IMU（惯性测量单元）上的位置传感器。
关节驱动器运用了3D打印的摆线齿轮箱设计，可直接驱动腿部和臂部的关节运动。摆线齿轮借助多个齿同时啮合来分散载荷，有效提升了齿轮的承载能力与使用寿命。不仅如此，研究团队还对齿轮参数和制造工艺进行了优化，进一步提高了齿轮的传动效率和精度。
躯干结构采用铝型材搭建，具备高刚性和轻量化的特性。铝型材之间通过螺栓连接，构建出稳定的结构框架。同时，躯干上集成了手机级IMU，可实时监测机器人的姿态和运动状态。IMU所采集的数据通过USB接口传输至控制计算机，为机器人的运动控制提供关键反馈信息。
Berkeley Humanoid Lite的电子系统主要由控制计算机、关节驱动器控制器、IMU以及电源管理模块构成。其中，控制计算机选用Intel N95迷你PC，充当低级控制计算机。关节驱动器控制器通过CAN总线与控制计算机进行通信，实现精准的关节位置控制。IMU数据同样通过USB接口传输至控制计算机，为运动控制算法提供实时反馈。电源管理模块则承担着为整个系统提供稳定电力供应的重任。
▍实验与验证环节Berkeley Humanoid Lite综合性能表现出色
在关节驱动器性能测试环节，研究团队着重对摆线齿轮箱设计的关节驱动器进行了效率、传动刚度以及耐久性等多项指标的评估。效率测试结果显示，在多数工作条件下，关节驱动器展现出高效的能量转换能力，机械效率稳定保持在90%左右，这表明其能够有效地将电能转化为机械能，大幅减少了能量在传动过程中的损耗，为机器人长时间稳定运行提供了有力保障。
传动刚度测试中，尽管3D 打印的齿轮箱在刚度上相较于传统金属齿轮箱略有逊色，但研究团队通过精心优化齿轮设计，并增加必要的支撑结构，使得关节驱动器的传动刚度达到了满足整机运动需求的理想水平，确保了机器人在运动过程中关节传动的精准性和稳定性。耐久性测试更是持续了数百小时，期间关节驱动器始终保持稳定运行，性能未出现明显下降，充分证明了其具备良好的耐久性和可靠性，能够适应长时间、高强度的工作场景。
整机行走实验是验证Berkeley Humanoid Lite 实际运动能力的关键环节。实验设置了多种复杂地形，包括平坦地面、不同坡度的斜坡以及高低不一的台阶等。在平坦地面上，机器人行走姿态稳定，步伐流畅，能够精准地按照预设路径前进、后退、转弯，展现出良好的基础运动能力。
面对斜坡时，机器人能够根据坡度自动调整身体重心和腿部发力方式，保持平衡并顺利攀爬或下行，体现了其出色的适应能力和动态平衡控制能力。
在台阶环境中，机器人通过精确的腿部关节控制和身体姿态调整，一步一步稳健地上下台阶，充分证明了其在复杂地形下的行走能力和运动协调性。通过不断调整控制参数和优化步态规划算法，机器人对各种复杂环境的适应能力得到了进一步提升，为未来在实际场景中的应用奠定了坚实基础。
遥操作实验则聚焦于验证机器人在人类操控下的操作精度和实时性。实验中，操作员通过专门的遥操作设备向机器人发送指令，控制其完成书写、抓取与放置物体等复杂任务。
在书写任务中，机器人能够准确跟随操作员的指令，在指定位置书写出清晰、规整的字符，展现出较高的操作精度。
抓取与放置物体任务中，机器人能够根据物体的形状、大小和位置，精准地调整手臂姿态和手指抓握力度，顺利完成抓取、搬运和放置等动作，且整个过程流畅自然，实时性良好。这表明Berkeley Humanoid Lite 在遥操作模式下具备出色的操作能力和响应速度，能够满足多种实际应用场景的需求。
▍结语与未来：
Berkeley Humanoid Lite 作为一款开源、可定制且经济实惠的 3D 打印人形机器人平台。它借助模块化设计理念，运用 3D 打印技术，并采用现成的电子元件，大幅降低了人形机器人的开发成本，同时有效简化了制造流程、降低了制造复杂度。未来研究团队将持续对平台设计进行优化，着力提升系统的稳定性与适应性，进一步挖掘该平台的潜在应用价值。
论文地址：https://arxiv.org/pdf/2504.17249
（文：机器人大讲堂）