项目概述
OpenArm 是一款开源的人形机械臂，专为以人为中心的 AI 和机器人研究设计。其模块化的硬件和易用的软件使其成为一个灵活的平台，适用于远程操作、模仿学习和现实世界数据收集。OpenArm 的目标是推动物理智能的发展，实现机器人能够安全、有效地与人类共同工作——在家居、服务和护理环境中。
本文转载自cnblogs.com/clnchanpin/p/19497129 作者 clnchanpin
由于其并没有高层python接口所以一直起来比较麻烦，下文仅供参考。
本项目将 OpenArm 双臂机械臂适配到 LeRobot 框架，实现了通过 LeRobot 进行遥操作和 VLA 数据采集的功能。
注：下方代码只适用我们自己的设备，改了电机与硬件结构。
项目目标
让 OpenArm 双臂机械臂能够使用 LeRobot 框架进行遥操作
支持 VLA（Vision-Language-Action）算法的数据采集
保持与现有 ROS2 控制系统的兼容性
最终成果
✅ 成功实现 bi_openarm_leader 遥操作器（Leader 端）
✅ 成功实现 bi_openarm_follower 机器人（Follower 端）
✅ 完成遥操作测试验证
️ 系统架构
整体架构图
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ LeRobot 框架 │
│ ┌─────────────────────┐ ┌─────────────────────────────┐ │
│ │ BiOpenArmLeader │ │ BiOpenArmFollower │ │
│ │ (遥操作器) │ 动作数据 │ (机器人) │ │
│ │ │ ──────────→ │ │ │
│ │ - 读取 Leader 位置 │ │ - 发送位置命令到 Follower │ │
│ │ - 方向反转处理 │ │ - 读取 Follower 状态 │ │
│ │ - 夹爪坐标转换 │ │ - 相机图像采集 │ │
│ └─────────────────────┘ └─────────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
│ │
│ CAN 总线 │ ROS2 话题
▼ ▼
┌─────────────────────┐ ┌─────────────────────────────────┐
│ 主动端 (Leader) │ │ 从动端 (Follower) │
│ ┌───────┐ ┌───────┐│ │ ┌───────────────────────────┐ │
│ │右臂 │ │左臂 ││ │ │ ROS2 Controller │ │
│ │can0 │ │can1 ││ │ │ forward_position_ctrl │ │
│ │8 DOF │ │8 DOF ││ │ └───────────────────────────┘ │
│ └───────┘ └───────┘│ │ │ │ │
└─────────────────────┘ │ ┌────┴────┐ ┌────┴────┐ │
│ │右臂 │ │左臂 │ │
│ │can2 │ │can3 │ │
│ │8 DOF │ │8 DOF │ │
│ └─────────┘ └─────────┘ │
└─────────────────────────────────┘
数据流
- Leader 端读取:
CAN 总线 → motor_control.py → 电机角度(rad) → 方向反转 → 夹爪坐标转换 → LeRobot 动作
- Follower 端控制:
LeRobot 动作 → ROS2 Float64MultiArray → forward_position_controller → 电机
核心实现细节
- BiOpenArmLeader（主动端）
文件位置: lerobot/src/lerobot/teleoperators/bi_openarm_leader/
关键技术点
a) CAN 总线直接读取
使用 python-can 库直接读取电机状态
self._right_bus = can.interface.Bus(
bustype="socketcan",
channel="can0",
bitrate=1000000
)
调用 motor_control.py 中的函数读取电机状态
state, rx_data, rx_id = get_motor_status(bus, motor_id)
fb = parse_motor_feedback(rx_data, motor_id)
position = fb["angle"] # 弧度
b) 方向反转处理
关键发现：主动端和从动端电机安装方向相反（镜像安装）
需要将 Leader 读取的角度取反才能正确控制 Follower
INVERT_JOINTS = True # 反转7个关节方向
def _apply_inversion(self, positions):
if self.config.invert_joints:
for i in range(7):
positions = -positions
return positions
c) 夹爪坐标转换
电机角度(弧度) → 关节距离(米)
与 ROS2 hardware 包保持一致
GRIPPER_JOINT_0_POSITION = 0.044 # 夹爪完全打开距离(m)
GRIPPER_MOTOR_1_RADIANS = 1.0472 # 对应电机角度(rad, 60度)
def _motor_radians_to_joint(self, motor_radians):
return GRIPPER_JOINT_0_POSITION * (motor_radians / GRIPPER_MOTOR_1_RADIANS)
- BiOpenArmFollower（从动端）
文件位置: lerobot/src/lerobot/robots/bi_openarm_follower/
关键技术点
a) ROS2 话题通信
订阅关节状态
self.joint_state_sub = self.ros_node.create_subscription(
JointState,
'/joint_states',
self._joint_state_callback,
10
)
发布位置命令
self.left_cmd_pub = self.ros_node.create_publisher(
Float64MultiArray,
'/left_forward_position_controller/commands',
10
)
b) 关节名称映射
LeRobot 名称 → ROS2 关节名称
LEFT_JOINT_NAMES = [f"openarm_left_joint{i}" for i in range(1, 8)]
LEFT_GRIPPER_NAME = "openarm_left_finger_joint1"
c) 安全限制
相对位置限制，防止突然大幅度运动
def apply_relative_limit(self, target_positions, arm, max_delta):
for i, (target, joint_name) in enumerate(zip(target_positions, joint_names)):
current = self.get_joint_position(joint_name)
delta = target - current
if abs(delta) > max_delta:
limited = current + sign(delta) * max_delta
开发过程中遇到的问题
问题 1: motor_control 库导入失败
现象: ImportError: No module named 'lib.motor_control'
原因: Python 路径计算错误，无法找到 motor_tests_openarm_com 目录
解决方案:
正确的路径计算
LEROBOT_SRC = os.path.dirname(os.path.dirname(os.path.dirname(os.path.dirname(os.path.abspath(file)))))
WORKSPACE_SRC = os.path.dirname(os.path.dirname(LEROBOT_SRC))
MOTOR_TESTS_PATH = os.path.join(WORKSPACE_SRC, 'motor_tests_openarm_com')
sys.path.insert(0, MOTOR_TESTS_PATH)
问题 2: 所有关节运动方向相反
现象: 移动 Leader 时，Follower 向相反方向运动
原因: 主动端和从动端机械臂安装方向不同（镜像安装）通过改参数我们可以实现镜像遥操作
发现过程:
查看 ROS2 遥操作代码 teleop_leader_node.cpp
发现关键配置：static constexpr bool INVERT_JOINTS = true;
解决方案:
在 get_action() 中添加方向反转
def _apply_inversion(self, positions):
if self.config.invert_joints:
for i in range(7):
positions = -positions
return positions
问题 3: 夹爪控制不正确
现象: 夹爪开合程度与预期不符
原因: Leader 返回的是电机角度（弧度），Follower 期望的是关节距离（米）
解决方案: 添加坐标转换函数，与 ROS2 hardware 包保持一致
与其他机械臂的对比
OpenArm vs SO100 vs Piper
特性 SO100 Piper OpenArm
硬件接口 USB 串口 USB 串口 CAN 总线
通信协议 Dynamixel Piper SDK CAN + ROS2
Leader 读取 Dynamixel 总线 SDK API 直接 CAN 读取
Follower 控制 Dynamixel 总线 SDK API ROS2 话题
启动方式 直接连接 SDK 初始化 需要先启动 ROS2
自由度 6 DOF 7 DOF 7 DOF + 夹爪
双臂支持 是 否 是
方向反转 不需要 不需要 需要
坐标转换 不需要 不需要 夹爪需要
为什么 OpenArm 更复杂？
混合通信架构
Leader: 直接 CAN 总线（底层）
Follower: ROS2 话题（高层）
需要理解两种不同的通信机制
需要方向反转
主从端机械臂镜像安装
必须分析现有 ROS2 代码才能发现
坐标系统不一致
电机返回弧度
ROS2 控制器期望米（夹爪）
需要坐标转换
依赖外部系统
必须先启动 ROS2 launch
需要正确配置 CAN 接口
多个系统协同工作
双臂协调
4 个 CAN 接口
16 个电机
复杂的关节映射
项目文件结构
lerobot/src/lerobot/
├── teleoperators/
│ └── bi_openarm_leader/
│ ├── init.py
│ ├── bi_openarm_leader.py # Leader 主类
│ └── config_bi_openarm_leader.py # Leader 配置
│
└── robots/
└── bi_openarm_follower/
├── init.py
├── bi_openarm_follower.py # Follower 主类
├── config_bi_openarm_follower.py # Follower 配置
├── README.md # 使用说明
├── openarm_for_lerobot.md # 适配指南
└── test_openarm.py # 测试脚本
底层知识涉及
- CAN 总线通信
CAN 扩展帧格式
仲裁ID: 29位
数据: 0-8 字节
电机状态查询
arbitration_id = 0x01000000 | (torque_uint16 << 8) | motor_id
data = [pos_high, pos_low, vel_high, vel_low, kp_high, kp_low, kd_high, kd_low]
反馈解析
angle_raw = (rx_data[0] << 8) | rx_data[1]
current_angle = uint16_to_float(angle_raw, P_MIN, P_MAX)
- ROS2 控制架构
ros2_control 架构:
┌─────────────────┐
│ Controller │ ← forward_position_controller
│ Manager │
└────────┬────────┘
│
┌────────▼────────┐
│ Hardware │ ← openarm_hardware
│ Interface │
└────────┬────────┘
│
┌────────▼────────┐
│ CAN 总线 │
└─────────────────┘
- 坐标转换
电机角度 → 关节距离（夹爪）
线性映射关系
joint_distance = GRIPPER_JOINT_0_POSITION * (motor_radians / GRIPPER_MOTOR_1_RADIANS)
数值范围
电机: 0 rad (关闭) → 1.0472 rad (打开)
关节: 0 m (关闭) → 0.044 m (打开)
- LeRobot 框架结构
Teleoperator 基类
class Teleoperator:
def connect(self): ...
def get_action(self) -> dict[str, float]: ...
def disconnect(self): ...
Robot 基类
class Robot:
def connect(self): ...
def get_observation(self) -> dict[str, Any]: ...
def send_action(self, action: dict) -> dict: ...
def disconnect(self): ...
使用指南
快速开始
- 配置 CAN 接口
Leader 端
sudo ip link set can0 up type can bitrate 1000000
sudo ip link set can1 up type can bitrate 1000000
Follower 端
sudo ip link set can2 up type can bitrate 1000000
sudo ip link set can3 up type can bitrate 1000000
- 启动 ROS2 (Follower)
cd ~/openarm_ws
source install/setup.bash
ros2 launch openarm_bringup openarm.bimanual.launch.py \
right_can_interface:=can2 \
left_can_interface:=can3 \
robot_controller:=forward_position_controller \
control_mode:=mit
- 运行遥操作
lerobot-teleoperate \
--robot.type=bi_openarm_follower \
--robot.id=openarm_follower \
--robot.cameras="{ top: {type: opencv, index_or_path: 0, width: 640, height: 480, fps: 30}}" \
--teleop.type=bi_openarm_leader \
--teleop.id=openarm_leader \
--teleop.right_can_interface=can0 \
--teleop.left_can_interface=can1 \
--display_data=true
- 数据采集
lerobot-record \
--robot.type=bi_openarm_follower \
--robot.id=openarm_follower \
--robot.cameras="{ top: {type: opencv, index_or_path: 0, width: 640, height: 480, fps: 30}}" \
--teleop.type=bi_openarm_leader \
--teleop.id=openarm_leader \
--dataset.repo_id=your_username/openarm_dataset \
--dataset.num_episodes=10 \
--display_data=true
配置参数
Leader 配置
参数 默认值 说明
right_can_interface can0 右臂 CAN 接口
left_can_interface can1 左臂 CAN 接口
invert_joints True 是否反转关节方向
invert_gripper False 是否反转夹爪方向
Follower 配置
参数 默认值 说明
right_can_interface can2 右臂 CAN 接口
left_can_interface can3 左臂 CAN 接口
control_mode mit 控制模式
left_arm_max_relative_target 0.5 左臂最大相对位置变化 (rad)
right_arm_max_relative_target 0.5 右臂最大相对位置变化 (rad)
故障排查
CAN 通信问题
检查 CAN 接口状态
ip link show can0
监控 CAN 消息
candump can0
重新配置 CAN
sudo ip link set can0 down
sudo ip link set can0 up type can bitrate 1000000
ROS2 问题
检查话题
ros2 topic list
查看关节状态
ros2 topic echo /joint_states
检查控制器
ros2 control list_controllers
常见错误
错误 原因 解决方案
ImportError: motor_control 路径配置错误 检查 MOTOR_TESTS_PATH
TimeoutError: joint states ROS2 未启动 先启动 ROS2 launch
CAN bus error CAN 接口未配置 运行 ip link set 命令
运动方向相反 未启用方向反转 设置 invert_joints=True
参考资料
LeRobot 官方文档
OpenArm ROS2 控制包