Lắp UMI gripper đầu tiên: in 3D, assembly, và smoke test GoPro

Đây là bài 2 trong series UMI + VLA. Nếu bạn chưa đọc bài 1, hãy đọc trước để hiểu tại sao chúng ta cần cái gripper này.

Mục tiêu của bài này: bạn sẽ có một UMI handheld unit hoàn chỉnh, GoPro stream chạy được, và gripper mở/đóng mượt. Đây là bước vật lý duy nhất trước khi thu demo.

Quan trọng: UMI dùng GoPro — không phải RealSense hay webcam. Lý do: pipeline SLAM chính thức cần IMU của GoPro và FOV fisheye rộng. Bài 6 sẽ đề cập khi nào nên upgrade sang D405.

Bill of materials (1 unit)

Tổng chi phí phần cứng (1 unit): ~$200–500 USD tùy GoPro model và chất lượng filament.

Clone repo và đọc hardware guide

Trước khi in, hãy clone repo và xem hardware documentation chính thức:

git clone https://github.com/real-stanford/universal_manipulation_interface.git
cd universal_manipulation_interface

# Xem danh sách scripts và configs có sẵn
ls scripts/ scripts_slam_pipeline/ scripts_real/
ls diffusion_policy/config/task/

Hardware guide và file STL chính thức nằm trên Onshape (link trong README của repo). Đừng dùng STL từ nguồn không chính thức — hình học của gripper ảnh hưởng trực tiếp đến observation gap sau này.

Print settings khuyến nghị

Mẹo in:

• In thử body ở 20% infill trước để kiểm tra fit trước khi in bản final.
• Deburr tất cả lỗ vít và sliding surface trước khi lắp.
• Để part nguội hoàn toàn trước khi lắp heat-set inserts.
• Với TPU, in chậm hơn (~30 mm/s) để tránh underextrusion.

Quy trình assembly từng bước

Bước 1: Chuẩn bị parts

Sau khi in xong, trước khi lắp:

1. Dùng deburring tool hoặc dao nhỏ để làm sạch tất cả lỗ vít.
2. Thử fit jaw/linkage vào body mà chưa lắp screw — phải trượt mượt.
3. Dùng soldering iron để gắn heat-set inserts vào tất cả lỗ M3 trên body.
4. Đo lỗ GoPro mount: camera phải ngồi chắc, không xoay được.

Bước 2: Lắp linkage và spring

1. Lắp spring vào vị trí return mechanism (xem hardware guide để biết đúng orientation).
2. Gắn jaw vào body qua linkage pivot.
3. Test mở/đóng bằng tay: phải mượt, không vướng, spring tự đưa về đóng.
4. Dùng caliper đo gripper width ở trạng thái đóng hoàn toàn và mở tối đa. Ghi lại 2 số này — bạn sẽ cần khi chạy scripts/calibrate_gripper_range.py sau.

Bước 3: Gắn soft fingers

1. Press TPU fingers vào finger mount. Không dùng keo nếu không cần — TPU friction thường đủ.
2. Kiểm tra fingers không chạm nhau khi đóng hoàn toàn.
3. Kiểm tra fingers có symmetry — nếu lệch, force distribution khi grasping sẽ không đều.

Bước 4: Gắn GoPro

1. Lắp GoPro vào bracket.
2. Gắn bracket vào body UMI. Bracket phải cứng — không được lắc khi cầm.
3. Kiểm tra góc camera: mở gripper ra, nhìn vào màn hình GoPro hoặc preview trên điện thoại. Camera phải thấy được:
   • Vùng contact của fingertip
   • Object phía trước gripper
   • Đủ background để SLAM track features
4. Nếu GoPro quay quá thẳng vào fingers thì reprint bracket với góc nghiêng hơn về phía trước.

Bước 5: Dán ArUco marker (gripper width)

UMI đo gripper width qua ArUco tag vision. Tạo tag:

cd universal_manipulation_interface
python scripts/gen_aruco_tag_pdf.py

In tag ra giấy, cắt và dán vào jaw (vị trí theo hardware guide). Tag phải visible từ góc nhìn camera khi gripper ở trạng thái bình thường.

Bước 6: Cable management

1. Dùng cable tie hoặc clip để cố định dây USB GoPro vào handle. Quan trọng: nếu cable tự do, nó sẽ kéo lệch gripper khi bạn vận động — gây sai số tracking.
2. Để service loop đủ dài ở wrist để cổ tay xoay không bị căng dây.

Smoke test: kiểm tra GoPro trước khi thu demo

Trước khi bước vào pipeline SLAM, phải verify GoPro hoạt động đúng:

Test 1: Video stream

# Kết nối GoPro qua USB-C
# Mở GoPro app trên điện thoại hoặc dùng GoPro Webcam mode
# Kiểm tra: 60fps, 1080p hoặc 4K, fisheye mode bật

Test 2: IMU data có sẵn

IMU của GoPro được trích xuất qua script chính thức trong bước SLAM pipeline. Để kiểm tra sơ bộ rằng metadata tồn tại:

cd universal_manipulation_interface

# Ghi 1 clip ngắn (~30 giây), sau đó kiểm tra metadata
python scripts_slam_pipeline/01_extract_gopro_imu.py --help

Test 3: ArUco detection

python scripts/detect_aruco.py --help

# Nếu repo có script test detection live:
python scripts/draw_aurco_detection.py --help

Nếu script chạy được và detect được tag trong frame — assembly thành công.

Test 4: Verify orientation

python scripts/check_gopro_orientation.py --help

Script này kiểm tra GoPro có bị mount ngược hay không. Chạy với 1 clip thử trước khi collect data thật.

Lỗi thường gặp và cách xử lý

Definition of done — trước khi sang bài 3

Kiểm tra checklist này trước khi tiếp tục:

[ ] Jaw mở/đóng mượt, không vướng
[ ] GoPro stream 60fps, fisheye mode bật
[ ] ArUco tag detect được trong camera frame
[ ] Cable không tạo tension khi cổ tay xoay
[ ] Đã ghi lại min/max gripper width (mm)
[ ] Camera thấy fingertip area + workspace phía trước
[ ] scripts/check_gopro_orientation.py chạy OK

Nếu tất cả checklist đã tick — bạn đã sẵn sàng cho bài 3: thu demo và chạy SLAM pipeline.

Một unit hay hai?

Nếu mục tiêu cuối của bạn là bimanual (hai tay), bạn cần in 2 units. Nhưng hãy hoàn thiện unit đầu tiên trước — đảm bảo mọi thứ hoạt động đúng, rồi mới in unit thứ hai để tiết kiệm thời gian nếu phải reprint.

Hai units phải có hình học giống hệt nhau — dùng cùng STL revision, cùng print settings, đo caliper so sánh sau khi lắp.

Nguồn tham khảo

• UMI project page + hardware guide
• real-stanford/universal_manipulation_interface
• UMI paper (Chi et al., 2024)

Bài viết liên quan

• Bài 1: UMI là gì? Concept và tổng quan pipeline
• Bài 3: Thu demo đơn tay và chạy SLAM pipeline
• In 3D cho robotics: vật liệu và settings tối ưu