ByteWrist: Una muñeca robótica paralela que permite movimientos flexibles y antropomórficos para espacios confinados

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

September 22, 2025

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

cs.AI

Resumen

Este artículo presenta ByteWrist, una novedosa muñeca paralela altamente flexible y antropomórfica para manipulación robótica. ByteWrist aborda las limitaciones críticas de las muñecas seriales y paralelas existentes en operaciones en espacios reducidos mediante un mecanismo de accionamiento paralelo compacto de tres etapas integrado con enlaces finales en forma de arco. El diseño logra un movimiento preciso de RPY (Roll-Pitch-Yaw) mientras mantiene una excepcional compacidad, lo que lo hace particularmente adecuado para entornos complejos no estructurados, como servicios domésticos, asistencia médica y ensamblaje de precisión. Las innovaciones clave incluyen: (1) enlaces motorizados anidados de tres etapas que minimizan el volumen mientras permiten un control multi-DOF independiente, (2) enlaces finales en forma de arco que optimizan la transmisión de fuerza y amplían el rango de movimiento, y (3) una bola de soporte central que funciona como una junta esférica y mejora la rigidez estructural sin comprometer la flexibilidad. Además, presentamos un modelo cinemático completo que incluye cinemática directa/inversa y una solución numérica del Jacobiano para un control preciso. Empíricamente, observamos que ByteWrist demuestra un fuerte rendimiento en maniobrabilidad en espacios reducidos y tareas de manipulación cooperativa con brazos duales, superando a los sistemas basados en Kinova. Los resultados indican mejoras significativas en compacidad, eficiencia y rigidez en comparación con diseños tradicionales, estableciendo a ByteWrist como una solución prometedora para la manipulación robótica de próxima generación en entornos restringidos.

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.