ByteWrist: 限られた空間での柔軟かつ人間的な動作を実現する並列ロボットリスト

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

September 22, 2025

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

cs.AI

要旨

本論文では、ロボット操作のための新規で高度に柔軟かつ人間工学的な並列式手首「ByteWrist」を紹介する。ByteWristは、アーチ形状のエンドリンケージと統合されたコンパクトな3段階並列駆動機構により、既存の直列式および並列式手首が抱える狭小空間操作における重大な制約を解決する。この設計は、卓越したコンパクト性を維持しながら精密なRPY（ロール・ピッチ・ヨー）運動を実現し、家庭サービス、医療支援、精密組立などの複雑で非構造化された環境に特に適している。主な革新点は以下の通りである：(1) 独立した多自由度制御を可能にしながら体積を最小化するネスト型3段階モータ駆動リンケージ、(2) 力の伝達を最適化し動作範囲を拡大するアーチ形状のエンドリンケージ、(3) 柔軟性を損なうことなく構造剛性を向上させる球面関節として機能する中央支持ボール。同時に、精密な制御のための順運動学/逆運動学および数値的ヤコビアン解法を含む包括的な運動学モデリングを提示する。実験的には、ByteWristが狭小空間での機動性および両腕協調操作タスクにおいて優れた性能を示し、Kinovaベースのシステムを上回ることを確認した。結果は、従来の設計と比較してコンパクト性、効率性、剛性において大幅な改善を示しており、ByteWristが制約環境における次世代ロボット操作の有望なソリューションであることを確立している。

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.