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Optimal Control Approach for Non-prehensile Ball Juggling Using a 7-DoF Manipulator

Ramadani, Joel und Rakčević, Vasilije und Laha, Riddhiman und Sachtler, Arne und Mesle, Valentin Le und Lilienthal, Achim J. und Haddadin, Sami (2026) Optimal Control Approach for Non-prehensile Ball Juggling Using a 7-DoF Manipulator. In: 2026 IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA 2026, Seiten 5805-5812. IEEE. IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2026-06-01 - 2026-06-05, Vienna, Austria. doi: 10.1109/ICRA57385.2026.11696404. ISBN 979-8-3315-8161-9. ISSN 1050-4729.

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2MB

Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/11696404

Kurzfassung

Non-prehensile object manipulation skills are important for real-world robot interactions, enabling highly dynamic tasks such as balancing a glass on a tray or the controlled sliding of items on a table. Among such tasks, those characterised by high-speed manipulation requirements and general sensitivity of the resulting hybrid dynamics are particularly hard to accomplish. Within these, juggling can be seen as a highly challenging maneuver to be solved. The key to robotic juggling is achieving dynamic stabilisation of an underactuated object. Since the object does not possess the ability of self-correction, its stability is entirely dependent on the forces applied to it. This creates a system that is sensitive to control inputs, where timing is critical to continuously counteract deviations and maintain the desired behavior. We develop a systematic method to control a 7-degree-of-freedom manipulator performing non-prehensile ball juggling with a tool. Our primary contribution is a model-based framework for generating juggling trajectories and stabilizing a periodic juggling motion for this hybrid system. The framework incorporates a two-stage optimal control approach to compute the underlying feasible motion patterns required for stable juggling. Offline-computed trajectories are then organised to enable real-time error correction without solving optimal control problems online. We demonstrate the effectiveness of the resulting controller by first evaluating its performance in a simulation environment and performing an experiment using a Franka Emika Panda robot.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/227845/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag, Poster)
Titel:Optimal Control Approach for Non-prehensile Ball Juggling Using a 7-DoF Manipulator
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ramadani, Joeljoel.ramadani (at) tum.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rakčević, Vasilijevasilije.rakcevic (at) tum.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Laha, Riddhimanr.laha (at) northeastern.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sachtler, ArneArne.Sachtler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4974-4134NICHT SPEZIFIZIERT
Mesle, Valentin Levalentin.le-mesle (at) tum.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lilienthal, Achim J.achim.j.lilienthal (at) tum.dehttps://orcid.org/0000-0003-0217-9326NICHT SPEZIFIZIERT
Haddadin, Samisami.haddadin (at) mbzuai.ac.aeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2026
Erschienen in:2026 IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA 2026
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1109/ICRA57385.2026.11696404
Seitenbereich:Seiten 5805-5812
Verlag:IEEE
ISSN:1050-4729
ISBN:979-8-3315-8161-9
Status:veröffentlicht
Stichwörter:optimal control, non-prehensile manipulation
Veranstaltungstitel:IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)
Veranstaltungsort:Vienna, Austria
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:1 Juni 2026
Veranstaltungsende:5 Juni 2026
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 - Roboterdynamik & Simulation [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: Sachtler, Arne
Hinterlegt am:12 Okt 2026 22:33
Letzte Änderung:12 Okt 2026 22:33

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