Koch v1.1

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Overview

Koch v1.1은 Alexander Koch가 설계한 저가 오픈소스 로봇 암을 HuggingFace 엔지니어 Jess Moss가 개선한 버전이다. 약 $250-$480의 저렴한 비용으로 Leader-Follower 텔레오퍼레이션 시스템을 구축할 수 있으며, LeRobot 프레임워크와의 완벽한 통합을 제공한다.

항목	내용
원 설계자	Alexander Koch (Tau Robotics 공동 창립자)
v1.1 개선	Jess Moss (HuggingFace)
라이선스	오픈소스 (GitHub 공개)
유형	6-DoF 저가 3D 프린트 로봇 암
DoF	6 (Shoulder Pan, Shoulder Lift, Elbow, Wrist Flex, Wrist Roll, Gripper)
모터	Dynamixel XL430-W250-T + XL330-M288-T
부품 비용	~$258 (Follower) / ~$183 (Leader) / ~$441 (쌍)
공개 시기	원본: 2024년 초, v1.1: 2024년 7월

핵심 의의

VLA 연구를 위한 저가 데이터 수집 플랫폼

Koch 로봇 암의 가장 중요한 기여는 VLA(Vision-Language-Action) 연구의 데이터 수집 비용을 획기적으로 낮춘 것이다.

극저가 하드웨어: 기존 연구용 로봇 암(Franka $30K+, UR $25K+)과 비교해 1/100 수준의 비용
완전 오픈소스: CAD 파일, SolidWorks 모델, BOM, 제어 코드 전체 공개
3D 프린팅 기반: 일반 FDM 프린터(Prusa, Ender, Bambu)로 제작 가능
LeRobot 통합: HuggingFace의 로보틱스 ML 프레임워크와 완벽 호환

Tau Robotics의 비전

Alexander Koch는 Tau Robotics를 통해 “수백만 개의 로봇 암이 현실 세계에서 학습하는” 비전을 제시했다. 이 저가 로봇 암은 그 비전의 핵심 하드웨어로서, 분산된 데이터 수집과 대규모 imitation learning을 가능하게 한다.

“We are building a general AI for robots. We start by building millions of robot arms that learn in the real world.”

Alexander Koch, Tau Robotics

기술 사양

모터 구성

Follower 암 (제어 대상)

관절	모터	수량	토크	특징
Shoulder Pan	XL430-W250-T	1	1.4 N.m	고토크, 베이스 회전
Shoulder Lift	XL430-W250-T	1	1.4 N.m	고토크, 어깨 들어올림
Elbow Flex	XL330-M288-T	1	0.52 N.m	경량 (18g)
Wrist Flex	XL330-M288-T	1	0.52 N.m	경량 (18g)
Wrist Roll	XL330-M288-T	1	0.52 N.m	경량 (18g)
Gripper	XL330-M288-T	1	0.52 N.m	경량 (18g)

설계 철학: XL430 모터는 XL330보다 약 2배 강력하여 무거운 하중을 지지하는 어깨 관절에 사용. XL330은 18g의 초경량으로 암 끝단의 관성을 최소화.

Leader 암 (텔레오퍼레이션 컨트롤러)

관절	모터	수량	특징
전체 관절	XL330-M077-T	6	5V 통일, 조립 단순화

Leader 암은 그리퍼 대신 핸들과 트리거로 구성되어 인간 조작자가 직관적으로 제어할 수 있다.

Dynamixel 모터 상세

모델	전압	스톨 토크	무게	가격
XL430-W250-T	11.1V	1.4 N.m	57.2g	~$50 (할인 시 $27.50)
XL330-M288-T	5.0V	0.52 N.m	18g	~$24
XL330-M077-T	5.0V	0.34 N.m	18g	~$24

Bill of Materials (BOM)

Follower 암 (제어 대상)

부품	수량	가격 (USD)	비고
Dynamixel XL430-W250-T	2	$100	어깨 관절 (고토크)
Dynamixel XL330-M288-T	4	$96	팔꿈치, 손목, 그리퍼
XL330 Frame & Idler Wheel Set	1	$10	4개 세트, 2-3개 사용
XL430 Idler Wheel Set	1	$7
Waveshare Serial Bus Servo Driver	1	$10	USB-C 연결
12V to 5V Voltage Reducer	1	$10	XL330용 전압 변환
12V Power Supply	1	$12	메인 전원
Table Clamp	1	$6	마운팅
Wires/Connectors	-	$7	배선
총계		~$258	3D 프린트 비용 별도

Leader 암 (텔레오퍼레이션 컨트롤러)

부품	수량	가격 (USD)	비고
Dynamixel XL330-M077-T	6	$144	전 관절 통일
XL330 Frame	1	$7
XL330 Idler Wheel Set	1	$10
Waveshare Serial Bus Servo Driver	1	$10
5V Power Supply	1	$6	Leader는 5V만 사용
Table Clamp	1	$6
총계		~$183	3D 프린트 비용 별도

총 시스템 비용

구성	비용	용도
Follower 단독	~$258	자율 제어 연구
Leader + Follower	~$441	텔레오퍼레이션 데이터 수집
듀얼 암 시스템	~$882	양팔 매니퓰레이션

구매처

ROBOTIS: Koch v1.1 Leader Kit, Follower Kit
PartaBot: 완제품 및 부품 키트 판매
Tau Robotics: 대기 목록 - 원스톱 패키지

Tip: ROBOTIS 공식 샵에서 10% 할인 코드를 자주 제공한다.

v1.0 vs v1.1 비교

항목	v1.0 (원본)	v1.1 (개선)
설계자	Alexander Koch	Jess Moss (HuggingFace)
조립 난이도	중간 (솔더링 필요)	낮음 (솔더링 불필요)
전압 변환기	수동 조정 필요	사전 설정된 DC 컨버터
나사 간섭	일부 존재	수정됨
불필요한 재료	존재	제거됨
홀 크기	비표준	표준화됨
플라스틱 나사	사용	제거 (금속 나사로 대체)
Leader 보드 플랫폼	없음	추가됨
CAD 포맷	STL만	STL + SolidWorks (커뮤니티 기여 용이)

v1.1의 핵심 개선점

솔더링 제거: DC 컨버터 교체로 일반 사용자 접근성 향상
표준화: 홀 크기, 나사 규격 통일로 조립 오류 감소
SolidWorks 모델: 커뮤니티 수정 및 기여 용이
LeRobot 최적화: HuggingFace 엔지니어의 ML 워크플로우 최적화

조립 및 제작

3D 프린팅 요구사항

항목	권장 사양
재료	PLA+, ABS, PETG (합리적으로 강한 플라스틱)
노즐	0.4mm
레이어 높이	0.2mm
인필	~30%
서포트	그리퍼만 필요

권장 프린터: Prusa Mini+, Bambu P1, Creality Ender 3

조립 과정

3D 프린팅: STL 파일로 모든 구조 부품 출력
모터 설정: Dynamixel Wizard로 각 모터에 고유 ID(1-6) 및 1M baudrate 설정
전압 변환기 연결: 12V → 5V 변환 (Follower의 XL330용)
시리얼 버스 연결: 모터를 데이지체인으로 연결
보드 마운팅: 컨트롤러 보드를 베이스에 장착
캘리브레이션: LeRobot으로 관절 범위 설정

전원 구성

암	전압	이유
Leader	5V	모든 XL330-M077 모터가 5V 사용
Follower	12V + 5V	XL430은 12V, XL330은 5V (변환기 사용)

주의: Leader에 12V를 인가하면 모터 손상 위험

LeRobot 생태계 통합

설치

LeRobot 설치 방법은 두 가지가 있다:

방법 1: 소스 설치 (권장 - 개발/기여용)

# 리포지토리 클론
git clone https://github.com/huggingface/lerobot.git
cd lerobot

# 가상환경 생성 및 활성화
python -m venv .venv
source .venv/bin/activate  # Linux/macOS
# .venv\Scripts\activate   # Windows

# Dynamixel SDK 포함 설치
pip install -e ".[dynamixel]"

방법 2: pip 설치 (간편 사용)

pip install "lerobot[dynamixel]"

참고: 두 방법 모두 CLI 명령어(lerobot-find-port, lerobot-calibrate 등)가 설치된다. 소스 설치 시 python lerobot/scripts/... 형태로도 실행 가능하다.

포트 찾기

lerobot-find-port

macOS 출력 예시

Finding all available ports for the MotorBus.
['/dev/tty.usbmodem575E0032081', '/dev/tty.usbmodem575E0031751']
Remove the USB cable from your MotorsBus and press Enter when done.
...
The port of this MotorsBus is /dev/tty.usbmodem575E0032081

Leader 암: /dev/tty.usbmodem<SERIAL_A>
Follower 암: /dev/tty.usbmodem<SERIAL_B>

Linux 출력 예시

Finding all available ports for the MotorBus.
['/dev/ttyACM0', '/dev/ttyACM1']
Remove the USB cable from your MotorsBus and press Enter when done.
...
The port of this MotorsBus is /dev/ttyACM1

Leader 암: /dev/ttyACM0 또는 /dev/ttyACM1
Follower 암: 나머지 포트

Linux USB 권한 설정

USB 장치 접근 권한이 필요하다. 보안상 dialout 그룹 사용을 권장한다:

권장: dialout 그룹 추가 (영구적, 안전)

# 현재 사용자를 dialout 그룹에 추가
sudo usermod -aG dialout $USER

# 로그아웃 후 다시 로그인하여 적용
# 또는 재부팅

대안: udev 규칙 추가 (영구적, 안전)

# udev 규칙 파일 생성 (dialout 그룹 기반, 보안 권장)
# Waveshare 보드 및 일반 USB-시리얼 어댑터용
cat << 'EOF' | sudo tee /etc/udev/rules.d/99-dynamixel.rules
# Waveshare Serial Bus Servo Driver (CH340/CH341)
SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{idVendor}=="1a86", ATTRS{idProduct}=="7523", GROUP="dialout", MODE="0660"
SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{idVendor}=="1a86", ATTRS{idProduct}=="5523", GROUP="dialout", MODE="0660"
# FTDI USB-시리얼 어댑터
SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{idVendor}=="0403", GROUP="dialout", MODE="0660"
# CP210x USB-시리얼 어댑터
SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{idVendor}=="10c4", GROUP="dialout", MODE="0660"
# Generic CDC ACM 장치
SUBSYSTEM=="tty", KERNEL=="ttyACM*", GROUP="dialout", MODE="0660"
EOF

# udev 규칙 리로드
sudo udevadm control --reload-rules
sudo udevadm trigger

참고: 위 규칙은 dialout 그룹 사용자에게만 접근을 허용한다. 반드시 사용자를 dialout 그룹에 추가해야 한다.

임시 해결 (개발/테스트용, 보안 주의)

# 주의: world-writable 권한으로 보안 위험 존재
# 개발 환경에서만 임시로 사용

# CDC ACM 장치 (일반적으로 Koch 보드)
sudo chmod 666 /dev/ttyACM0
sudo chmod 666 /dev/ttyACM1

# USB-시리얼 어댑터 (일부 환경)
sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0
sudo chmod 666 /dev/ttyUSB1

보안 경고: chmod 666은 모든 사용자에게 장치 읽기/쓰기 권한을 부여한다. 프로덕션 환경에서는 dialout 그룹 또는 udev 규칙을 사용하라.

모터 설정

# Follower 암 모터 ID 설정
# macOS 예시
lerobot-setup-motors \
    --robot.type=koch_follower \
    --robot.port=/dev/tty.usbmodem575E0031751

# Linux 예시
lerobot-setup-motors \
    --robot.type=koch_follower \
    --robot.port=/dev/ttyACM0

# Leader 암 모터 ID 설정
# macOS 예시
lerobot-setup-motors \
    --teleop.type=koch_leader \
    --teleop.port=/dev/tty.usbmodem575E0032081

# Linux 예시
lerobot-setup-motors \
    --teleop.type=koch_leader \
    --teleop.port=/dev/ttyACM1

캘리브레이션

캘리브레이션은 뉴럴 네트워크의 로봇 간 전이를 위해 필수적이다. 한 로봇에서 학습된 정책이 다른 로봇에서 작동하려면 동일한 물리적 위치에서 동일한 값을 반환해야 한다.

# Follower 암 캘리브레이션
# <PORT>를 실제 포트로 교체 (예: /dev/ttyACM0 또는 /dev/tty.usbmodem...)
lerobot-calibrate \
    --robot.type=koch_follower \
    --robot.port=<PORT> \
    --robot.id=my_koch_follower

# Leader 암 캘리브레이션
lerobot-calibrate \
    --teleop.type=koch_leader \
    --teleop.port=<PORT> \
    --teleop.id=my_koch_leader

텔레오퍼레이션 및 데이터 수집

중요: 아래 명령어에서 <FOLLOWER_PORT>와 <LEADER_PORT>를 실제 포트로 교체하라:

macOS: /dev/tty.usbmodem...

Linux: /dev/ttyACM0, /dev/ttyACM1 또는 /dev/ttyUSB0, /dev/ttyUSB1

참고: robot.type과 teleop.type은 위 모터 설정/캘리브레이션과 동일하게 koch_follower와 koch_leader를 사용한다.

소스 설치 시 (lerobot 디렉토리에서)

# 텔레오퍼레이션 테스트 (Leader로 Follower 제어)
python lerobot/scripts/control_robot.py teleoperate \
    --robot.type=koch_follower \
    --robot.port=<FOLLOWER_PORT> \
    --teleop.type=koch_leader \
    --teleop.port=<LEADER_PORT> \
    --robot.cameras="{'cam': {'type': 'opencv', 'index': 0}}"

# 데이터셋 기록
python lerobot/scripts/control_robot.py record \
    --robot.type=koch_follower \
    --robot.port=<FOLLOWER_PORT> \
    --teleop.type=koch_leader \
    --teleop.port=<LEADER_PORT> \
    --repo-id=your-username/koch-picking-task

# 정책 학습
python lerobot/scripts/train.py \
    --policy.type=act \
    --dataset.repo_id=your-username/koch-picking-task

pip 설치 시 (모듈 실행)

# 텔레오퍼레이션 테스트 (Leader로 Follower 제어)
python -m lerobot.scripts.control_robot teleoperate \
    --robot.type=koch_follower \
    --robot.port=<FOLLOWER_PORT> \
    --teleop.type=koch_leader \
    --teleop.port=<LEADER_PORT> \
    --robot.cameras="{'cam': {'type': 'opencv', 'index': 0}}"

# 데이터셋 기록
python -m lerobot.scripts.control_robot record \
    --robot.type=koch_follower \
    --robot.port=<FOLLOWER_PORT> \
    --teleop.type=koch_leader \
    --teleop.port=<LEADER_PORT> \
    --repo-id=your-username/koch-picking-task

# 정책 학습
python -m lerobot.scripts.train \
    --policy.type=act \
    --dataset.repo_id=your-username/koch-picking-task

VLA 연구 활용

Imitation Learning 데모

Alexander Koch는 Koch 로봇 암으로 다음 태스크들을 성공적으로 시연했다:

Simple Picking Task: 카메라 이미지와 관절 상태만으로 물체 집기 학습
Clothes Folding: 듀얼 암 구성으로 옷 접기 태스크 수행
Multi-Robot Control: 단일 뉴럴 네트워크가 복수의 로봇 암을 언어 조건부로 제어

지원 정책 아키텍처

Koch + LeRobot 조합으로 다음 정책들을 학습할 수 있다:

정책	설명
ACT	Action Chunking with Transformers
Diffusion Policy	확산 모델 기반 정책
SmolVLA	450M 경량 VLA 모델
TDMPC	Model-based RL

커뮤니티 데이터 수집

Koch의 저가 구조는 분산된 커뮤니티 데이터 수집을 가능하게 한다:

HuggingFace Hub: lerobot 태그로 487+ 커뮤니티 데이터셋
Open X-Embodiment: 대규모 로봇 데이터셋 기여 가능
Tau Robotics: 수백만 로봇의 현실 세계 학습 비전

트러블슈팅

문제	해결 방법
모터 인식 안됨	USB 케이블, 전원 케이블, 3핀 케이블 확인
Waveshare 보드 인식 안됨	점퍼가 ‘B’ 채널(USB)에 설정되어 있는지 확인
모터 ID 충돌	한 번에 하나의 모터만 연결하여 ID 설정
Linux 권한 오류	`dialout` 그룹에 사용자 추가 또는 udev 규칙 설정 (위 참조)
캘리브레이션 실패	각 관절을 전체 가동 범위로 천천히 이동
토크 부족	전원 공급 확인, 12V가 제대로 공급되는지 점검

SO-100/SO-101과의 비교

항목	Koch v1.1	SO-100/SO-101
모터	Dynamixel XL430/XL330	Feetech STS3215
비용	~$440 (쌍)	~$230 (쌍)
토크	더 높음	보통
정밀도	더 높음	보통
조립 난이도	중간	낮음
커뮤니티	성장 중	활발
LeRobot 지원	공식 지원	공식 지원

Koch v1.1

Overview

핵심 의의

VLA 연구를 위한 저가 데이터 수집 플랫폼

Tau Robotics의 비전

기술 사양

모터 구성

Follower 암 (제어 대상)

Leader 암 (텔레오퍼레이션 컨트롤러)

Dynamixel 모터 상세

Bill of Materials (BOM)

Follower 암 (제어 대상)

Leader 암 (텔레오퍼레이션 컨트롤러)

총 시스템 비용

구매처

v1.0 vs v1.1 비교

v1.1의 핵심 개선점

조립 및 제작

3D 프린팅 요구사항

조립 과정

전원 구성

LeRobot 생태계 통합

설치

방법 1: 소스 설치 (권장 - 개발/기여용)

방법 2: pip 설치 (간편 사용)

포트 찾기

macOS 출력 예시

Linux 출력 예시

Linux USB 권한 설정

권장: dialout 그룹 추가 (영구적, 안전)

대안: udev 규칙 추가 (영구적, 안전)

임시 해결 (개발/테스트용, 보안 주의)

모터 설정

캘리브레이션

텔레오퍼레이션 및 데이터 수집

소스 설치 시 (lerobot 디렉토리에서)

pip 설치 시 (모듈 실행)

VLA 연구 활용

Imitation Learning 데모

지원 정책 아키텍처

커뮤니티 데이터 수집

트러블슈팅

SO-100/SO-101과의 비교

References

공식 리소스

구매처

3D 프린트 파일

관련 프로젝트

커뮤니티

See Also