ByteWrist: Um Punho Robótico Paralelo que Possibilita Movimento Flexível e Antropomórfico para Espaços 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

Resumo

Este artigo apresenta o ByteWrist, um novo punho paralelo altamente flexível e antropomórfico para manipulação robótica. O ByteWrist aborda as limitações críticas dos punhos seriais e paralelos existentes em operações em espaços estreitos por meio de um mecanismo de acionamento paralelo compacto de três estágios integrado com ligações finais em forma de arco. O projeto alcança movimentos precisos de RPY (Roll-Pitch-Yaw) enquanto mantém uma excepcional compacidade, tornando-o particularmente adequado para ambientes complexos e não estruturados, como serviços domésticos, assistência médica e montagem de precisão. As principais inovações incluem: (1) ligações motorizadas de três estágios aninhadas que minimizam o volume enquanto permitem controle independente de múltiplos graus de liberdade, (2) ligações finais em forma de arco que otimizam a transmissão de força e ampliam a faixa de movimento, e (3) uma bola de suporte central que funciona como uma junta esférica, aumentando a rigidez estrutural sem comprometer a flexibilidade. Paralelamente, apresentamos uma modelagem cinemática abrangente, incluindo cinemática direta/inversa e uma solução numérica do Jacobiano para controle preciso. Empiricamente, observamos que o ByteWrist demonstra um forte desempenho em manobrabilidade em espaços estreitos e tarefas de manipulação cooperativa com dois braços, superando sistemas baseados na Kinova. Os resultados indicam melhorias significativas em compacidade, eficiência e rigidez em comparação com designs tradicionais, estabelecendo o ByteWrist como uma solução promissora para a manipulação robótica de próxima geração em ambientes restritos.

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.