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Centroidal Angular Momentum-Aware Planning for Legged Locomotion Integrating 3D-DCM and Swing-Leg Trajectory Optimization

Schuller, Robert und Mesesan, George-Adrian und Englsberger, Johannes und Lee, Jinoh und Albu-Schäffer, Alin Olimpiu (2026) Centroidal Angular Momentum-Aware Planning for Legged Locomotion Integrating 3D-DCM and Swing-Leg Trajectory Optimization. IEEE Robotics and Automation Letters, 11 (5), Seiten 5930-5937. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/LRA.2026.3656798. ISSN 2377-3766.

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Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/11361060

Kurzfassung

In humanoid motion planning, centroidal angular momentum (CAM) is often neglected or simplified due to the complexity arising from its nonlinear and non-holonomic nature. As a result, unmodeled CAM effects can compromise center of pressure (CoP) tracking and, consequently, reduce robustness during motion execution. To address this, we propose an online iterative algorithm that computes the induced CAM and updates the corresponding center of mass (CoM) trajectory accordingly. Since leg motion is the primary source of angular momentum in legged locomotion, the proposed framework also optimizes the swing-leg trajectories to generate the desired CAM while respecting kinematic hardware limits. This results in CAM-consistent whole-body motions that enable stable yet faster locomotion with reduced demand for maximum joint velocities. We demonstrate the effectiveness of our approach through experiments and simulations with the humanoid robot TORO in several locomotion scenarios, including balancing, walking, and running.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/223984/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Centroidal Angular Momentum-Aware Planning for Legged Locomotion Integrating 3D-DCM and Swing-Leg Trajectory Optimization
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schuller, RobertRobert.Schuller (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6034-5586NICHT SPEZIFIZIERT
Mesesan, George-AdrianGeorge.Mesesan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5110-2988NICHT SPEZIFIZIERT
Englsberger, JohannesJohannes.Englsberger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8117-2650NICHT SPEZIFIZIERT
Lee, JinohJinoh.Lee (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4901-7095211916749
Albu-Schäffer, Alin OlimpiuAlin.Albu-Schaeffer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5343-9074211916751
Datum:22 Januar 2026
Erschienen in:IEEE Robotics and Automation Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:11
DOI:10.1109/LRA.2026.3656798
Seitenbereich:Seiten 5930-5937
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2377-3766
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Whole-body motion planning and control, humanoid and bipedal locomotion
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Laufroboter/Lokomotion [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Hinterlegt von: Schuller, Robert
Hinterlegt am:16 Apr 2026 16:38
Letzte Änderung:16 Apr 2026 16:38

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