ByteWrist: Параллельный роботизированный запястный механизм, обеспечивающий гибкое и антропоморфное движение в ограниченных пространствах

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

September 22, 2025

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

cs.AI

Аннотация

В данной статье представлен ByteWrist — новый высокоэластичный и антропоморфный параллельный запястный механизм для роботизированного манипулирования. ByteWrist устраняет ключевые ограничения существующих последовательных и параллельных запястий при работе в узких пространствах благодаря компактному трехступенчатому параллельному приводному механизму, интегрированному с дугообразными концевыми звеньями. Конструкция обеспечивает точное движение по осям RPY (крен-тангаж-рыскание), сохраняя исключительную компактность, что делает её особенно подходящей для сложных неструктурированных сред, таких как домашнее обслуживание, медицинская помощь и прецизионная сборка. Ключевые инновации включают: (1) вложенные трехступенчатые моторные звенья, которые минимизируют объем, обеспечивая независимое управление по нескольким степеням свободы, (2) дугообразные концевые звенья, оптимизирующие передачу усилия и расширяющие диапазон движения, и (3) центральную опорную сферу, функционирующую как сферический шарнир, которая повышает структурную жесткость без ущерба для гибкости. Кроме того, представлено всестороннее кинематическое моделирование, включая прямую и обратную кинематику, а также численное решение Якобиана для точного управления. Экспериментально подтверждено, что ByteWrist демонстрирует высокую производительность в маневренности в узких пространствах и задачах кооперативного манипулирования двумя руками, превосходя системы на базе Kinova. Результаты показывают значительное улучшение компактности, эффективности и жесткости по сравнению с традиционными конструкциями, что делает ByteWrist перспективным решением для роботизированного манипулирования следующего поколения в ограниченных пространствах.

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.