ByteWrist: 제한된 공간에서 유연하고 인간형 동작을 가능하게 하는 병렬 로봇 손목

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

September 22, 2025

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

cs.AI

초록

본 논문은 로봇 매니퓰레이션을 위한 고도로 유연하고 인간형에 가까운 새로운 병렬형 손목인 ByteWrist를 소개한다. ByteWrist는 아치형 끝단 링키지를 통합한 컴팩트한 3단계 병렬 구동 메커니즘을 통해 기존의 직렬형 및 병렬형 손목들이 좁은 공간 작업에서 겪는 한계를 해결한다. 이 설계는 정밀한 RPY(Roll-Pitch-Yaw) 운동을 달성하면서도 탁월한 컴팩트함을 유지하여, 가정 서비스, 의료 지원, 정밀 조립과 같은 복잡한 비정형 환경에 특히 적합하다. 주요 혁신 사항은 다음과 같다: (1) 부피를 최소화하면서 독립적인 다자유도 제어를 가능하게 하는 중첩형 3단계 모터 구동 링키지, (2) 힘 전달을 최적화하고 운동 범위를 확장하는 아치형 끝단 링키지, (3) 유연성을 저해하지 않으면서 구조적 강성을 강화하는 구형 조인트 역할을 하는 중심 지지 볼. 또한, 정밀한 제어를 위한 전방/역기구학 및 수치적 야코비안 솔루션을 포함한 포괄적인 기구학적 모델링을 제시한다. 실험적으로, ByteWrist는 좁은 공간에서의 기동성 및 양팔 협업 매니퓰레이션 작업에서 강력한 성능을 보이며 Kinova 기반 시스템을 능가한다. 결과는 전통적인 설계 대비 컴팩트함, 효율성, 강성에서의 상당한 개선을 나타내며, ByteWrist가 제한된 환경에서의 차세대 로봇 매니퓰레이션을 위한 유망한 솔루션임을 입증한다.

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.