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Grounding the three-dimensional divergent component of motion: Geometric analysis of contact and dynamic stability and its application to humanoid push recovery

Schuller, Robert und Mesesan, George-Adrian und Englsberger, Johannes und Ott, Christian und Lee, Jinoh und Albu-Schäffer, Alin Olimpiu (2026) Grounding the three-dimensional divergent component of motion: Geometric analysis of contact and dynamic stability and its application to humanoid push recovery. The International Journal of Robotics Research. SAGE Publications. doi: 10.1177/02783649261445462. ISSN 0278-3649.

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Offizielle URL: https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/02783649261445462

Kurzfassung

The three-dimensional divergent component of motion (3D-DCM) framework has been successfully utilized to generate center of mass (CoM) trajectories for various locomotion types. While the 3D-DCM encodes the CoM dynamics, it relies on the contact forces between the robot's end effectors and the environment to realize the intended motion. In the original formulation of the 3D-DCM, the feasibility of contact forces concerning contact constraints is assumed, but a comprehensive analysis of this assumption is lacking. In this work, we address this gap by extending the 3D-DCM framework to incorporate contact constraints and dynamic stability of the system. This is achieved by encoding feasible CoM forces as geometric sets. We derive an analytical relationship that characterizes how these sets can be modulated by humanoid push recovery strategies. Building on these insights, we propose a push recovery algorithm that integrates ankle, hip, height-variation, and stepping strategies. The proposed method is evaluated through extensive experiments with the humanoid robot TORO, including scenarios of force-disturbed balancing, walking, and multi-contact configurations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/226040/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Grounding the three-dimensional divergent component of motion: Geometric analysis of contact and dynamic stability and its application to humanoid push recovery
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
Ott, ChristianChristian.Ott (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0987-7493NICHT SPEZIFIZIERT
Lee, JinohJinoh.Lee (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4901-7095222836900
Albu-Schäffer, Alin OlimpiuAlin.Albu-Schaeffer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5343-9074222836902
Datum:30 Juli 2026
Erschienen in:The International Journal of Robotics Research
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1177/02783649261445462
Verlag:SAGE Publications
ISSN:0278-3649
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Humanoid locomotion, divergent component of motion (DCM), contact stability, dynamic stability, push recovery
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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) > Analyse und Regelung komplexer Robotersysteme
Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Hinterlegt von: Schuller, Robert
Hinterlegt am:05 Aug 2026 18:10
Letzte Änderung:05 Aug 2026 18:10

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