ByteWrist: Ein paralleles Roboterhandgelenk zur Ermöglichung flexibler und anthropomorpher Bewegungen in beengten Räumen

ByteWrist: A Parallel Robotic Wrist Enabling Flexible and Anthropomorphic Motion for Confined Spaces

September 22, 2025

papers.authors: Jiawen Tian, Liqun Huang, Zhongren Cui, Jingchao Qiao, Jiafeng Xu, Xiao Ma, Zeyu Ren

cs.AI

papers.abstract

Dieses Papier stellt ByteWrist vor, ein neuartiges, hochflexibles und anthropomorphes Parallelgelenk für die robotergestützte Manipulation. ByteWrist adressiert die kritischen Einschränkungen bestehender serieller und paralleler Handgelenke bei Operationen in engen Räumen durch einen kompakten dreistufigen Parallelantriebsmechanismus, der mit bogenförmigen Endgelenken integriert ist. Das Design ermöglicht präzise RPY-Bewegungen (Roll-Pitch-Yaw) bei gleichzeitig außergewöhnlicher Kompaktheit, was es besonders geeignet für komplexe, unstrukturierte Umgebungen wie Haushaltsdienstleistungen, medizinische Assistenz und Präzisionsmontage macht. Die wesentlichen Innovationen umfassen: (1) verschachtelte dreistufige motorgetriebene Gelenke, die das Volumen minimieren und gleichzeitig eine unabhängige Mehr-DOF-Steuerung ermöglichen, (2) bogenförmige Endgelenke, die die Kraftübertragung optimieren und den Bewegungsbereich erweitern, sowie (3) eine zentrale Stützkugel, die als sphärisches Gelenk fungiert und die strukturelle Steifigkeit erhöht, ohne die Flexibilität zu beeinträchtigen. Gleichzeitig präsentieren wir ein umfassendes kinematisches Modell, einschließlich Vorwärts-/Inverskinematik und einer numerischen Jacobi-Lösung für die präzise Steuerung. Empirisch beobachten wir, dass ByteWrist eine starke Leistung bei der Manövrierfähigkeit in engen Räumen und bei kooperativen Manipulationsaufgaben mit zwei Armen zeigt und dabei Kinova-basierte Systeme übertrifft. Die Ergebnisse zeigen signifikante Verbesserungen in Bezug auf Kompaktheit, Effizienz und Steifigkeit im Vergleich zu traditionellen Designs, was ByteWrist als vielversprechende Lösung für die robotergestützte Manipulation der nächsten Generation in beengten Umgebungen etabliert.

English

This paper introduces ByteWrist, a novel highly-flexible and anthropomorphic parallel wrist for robotic manipulation. ByteWrist addresses the critical limitations of existing serial and parallel wrists in narrow-space operations through a compact three-stage parallel drive mechanism integrated with arc-shaped end linkages. The design achieves precise RPY (Roll-Pitch-Yaw) motion while maintaining exceptional compactness, making it particularly suitable for complex unstructured environments such as home services, medical assistance, and precision assembly. The key innovations include: (1) a nested three-stage motor-driven linkages that minimize volume while enabling independent multi-DOF control, (2) arc-shaped end linkages that optimize force transmission and expand motion range, and (3) a central supporting ball functioning as a spherical joint that enhances structural stiffness without compromising flexibility. Meanwhile, we present comprehensive kinematic modeling including forward / inverse kinematics and a numerical Jacobian solution for precise control. Empirically, we observe ByteWrist demonstrates strong performance in narrow-space maneuverability and dual-arm cooperative manipulation tasks, outperforming Kinova-based systems. Results indicate significant improvements in compactness, efficiency, and stiffness compared to traditional designs, establishing ByteWrist as a promising solution for next-generation robotic manipulation in constrained environments.