BASCORRO
Software

Locomotion

Walking control, gait generation, dan balance untuk robot OP3

Locomotion

Modul locomotion mengontrol gerakan berjalan robot, termasuk gait generation, balance control, dan action execution. Di humanoid, modul ini harus menjaga stabilitas sambil menghasilkan langkah yang konsisten.

Overview

Walking Command
      │
      ▼
┌─────────────────┐
│ Walking Module  │ ← Gait Generator
└────────┬────────┘
         │
         ▼
┌─────────────────┐
│Balance Control  │ ← IMU Feedback
└────────┬────────┘
         │
         ▼
┌─────────────────┐
│ Kinematics (IK) │ ← Joint Angles
└────────┬────────┘
         │
         ▼
┌─────────────────┐
│ Motor Control   │ ← Dynamixel SDK
└─────────────────┘

Pipeline ini berarti perintah berjalan tidak langsung menggerakkan motor. Perintah diubah menjadi langkah, distabilkan oleh balance control, lalu diterjemahkan ke sudut joint sebelum akhirnya dijalankan oleh servo.

Core Packages

PackageFungsi
op3_walking_moduleStandard walking gait
op3_online_walking_moduleReal-time walking (adjustable)
op3_balance_controlDynamic balance during motion
op3_action_modulePre-programmed actions
op3_kinematics_dynamicsInverse kinematics

Walking Module

op3_walking_module

Standard walking dengan parameter preset. Cocok untuk gerakan sederhana. Ideal untuk uji coba awal karena parameter tetap dan mudah direproduksi.

# Enable walking
ros2 service call /walking_module/enable std_srvs/srv/Empty

# Set walking parameters
ros2 topic pub /walking/command op3_walking_module_msgs/msg/WalkingParam ...

Parameters

ParameterRangeDefaultDescription
x_move-0.3 ~ 0.3 m0.0Forward/backward
y_move-0.2 ~ 0.2 m0.0Left/right strafe
turn-30 ~ 30 deg0.0Rotation
step_time0.2 ~ 0.5 s0.25Duration per step
z_move0.02 ~ 0.06 m0.04Foot lift height

Online Walking Module

op3_online_walking_module

Real-time walking dengan footstep planning. Bisa adjust trajectory mid-motion. Modul ini dipakai saat robot perlu menyesuaikan langkah karena bola atau rintangan bergerak.

# Launch online walking
ros2 run op3_online_walking_module online_walking_node

# Send footstep sequence
ros2 topic pub /walking/footsteps op3_online_walking_module_msgs/msg/Step2DArray ...

Step2DArray Message

# Step definition
step:
  - position:
      x: 0.05   # meters forward
      y: 0.0    # meters left
    theta: 0.0  # radians rotation
    foot: 0     # 0=left, 1=right

Balance Control

op3_balance_control

Menggunakan feedback IMU untuk menjaga keseimbangan saat berjalan. Saat robot miring, controller memberikan kompensasi joint agar CoM kembali aman.

IMU Data ───┐
            │
            ▼
    ┌───────────────┐
    │   PD Control  │ ← Kp, Kd gains
    └───────┬───────┘
            │
            ▼
    Joint Compensation

Tuning Gains

Tuning gains menentukan seberapa agresif robot mengoreksi kemiringan. Mulai dari nilai kecil, lalu naikkan perlahan sambil memantau oscillation.

# balance_control.yaml
balance_control:
  roll_p_gain: 0.1
  roll_d_gain: 0.01
  pitch_p_gain: 0.1
  pitch_d_gain: 0.01

Gain yang terlalu tinggi menyebabkan oscillation. Gain terlalu rendah menyebabkan robot tidak stabil. Tuning harus dilakukan dengan hati-hati.

Action Module

op3_action_module

Pre-programmed motion sequences untuk gerakan kompleks:

  • Get up from fall (face up/down)
  • Kick (left/right)
  • Goal celebration
  • Defense stance
# Play action
ros2 service call /action_module/play std_srvs/srv/Trigger

# Action editor untuk membuat action baru
ros2 run op3_action_editor webots_executor.py

Action File Format

# action.yaml
kick_right:
  - time: 0.0
    joints:
      r_hip_pitch: -0.5
      r_knee: 1.0
      # ... other joints
  - time: 0.3
    joints:
      r_hip_pitch: 0.8
      r_knee: 0.2

Gait Cycle

Gait cycle adalah pola langkah berulang yang menentukan kapan kaki menyentuh tanah dan kapan mengayun. Rasio stance/swing mempengaruhi stabilitas dan kecepatan.

Interactive Gait Explorer

Pelajari efek step_time, swing_ratio, dan step_length secara visual di Learning Hub.

Link: Locomotion Fundamentals

Walking Phases

      Stance Phase (60%)         Swing Phase (40%)
    ┌───────────────────┐     ┌─────────────────┐
    │   Foot on ground  │     │  Foot in air    │
    │   - Support body  │     │  - Move forward │
    │   - Shift CoM     │     │  - Clear ground │
    └───────────────────┘     └─────────────────┘

    Double Support    Single Support    Double Support
    ┌────────┐       ┌────────────┐    ┌────────┐
    │ Both   │       │   One      │    │ Both   │
    │ feet   │       │   foot     │    │ feet   │
    └────────┘       └────────────┘    └────────┘
       10%               80%               10%

Center of Mass (CoM) Trajectory

        CoM position (top view)
              ↑
              │    ___
              │   /   \
     Left ────│──/─────\──── Right
              │  \     /
              │   \___/
              │
        ──────┼───────────→ Forward

    CoM bergerak ke kiri-kanan untuk menjaga balance
    saat satu kaki terangkat (swing phase)

Zero Moment Point (ZMP)

ZMP adalah titik di mana total moment dari gravitasi dan inersia = 0. Selama ZMP berada di dalam support polygon, robot bisa menjaga keseimbangan meskipun bergerak.

Stability Criterion

┌─────────────────────────┐
│    Support Polygon      │
│  ┌─────┐       ┌─────┐  │
│  │Left │       │Right│  │
│  │Foot │   *   │Foot │  │  ← ZMP (*) harus di dalam
│  └─────┘       └─────┘  │    support polygon
│                         │
└─────────────────────────┘

Jika ZMP keluar dari support polygon → robot jatuh.

Odometry

walking_imu_to_odometry

Mengkonversi walking commands + IMU data menjadi odometry.

# Input
- Walking step commands (direction, speed)
- IMU orientation

# Output
- nav_msgs/Odometry
- TF: odom → base_link
# View odometry
ros2 topic echo /odom

Performance Specs

Parameter ini adalah angka tipikal; performa nyata bisa berubah tergantung baterai, permukaan, dan payload.

MetricValue
Max Walking Speed24 cm/s
Step Time0.25 s
Step Length6 cm
Turn Rate~30 deg/s

Troubleshooting

Robot Tidak Berjalan

# Check if walking module is enabled
ros2 service list | grep walking

# Check joint state
ros2 topic echo /joint_states

Robot Terjatuh Saat Berjalan

  1. Check battery - Low voltage menyebabkan servo lemah
  2. Reduce speed - Turunkan x_move dan step_time
  3. Check balance gains - Tuning PD controller
  4. Check ground surface - Permukaan licin/tidak rata

Gerakan Tidak Smooth

  1. Increase step_time - Gerakan lebih lambat tapi smooth
  2. Check servo temperature - Overheat menyebabkan lag
  3. Reduce payload - Kurangi beban pada robot

Code Reference

Walking Command (Python)

from op3_walking_module_msgs.msg import WalkingParam

msg = WalkingParam()
msg.x_move = 0.03       # 3 cm forward
msg.y_move = 0.0        # no strafe
msg.angle_move = 0.0    # no turn

publisher.publish(msg)

Stop Walking

msg = WalkingParam()
msg.x_move = 0.0
msg.y_move = 0.0
msg.angle_move = 0.0
# Send zero command to stop
publisher.publish(msg)

Resources

Vision System

Computer vision untuk deteksi bola, lapangan, dan landmark

Localization

Position estimation dan odometry untuk robot OP3

On this page

LocomotionOverviewCore PackagesWalking Moduleop3_walking_moduleParametersOnline Walking Moduleop3_online_walking_moduleStep2DArray MessageBalance Controlop3_balance_controlTuning GainsAction Moduleop3_action_moduleAction File FormatGait CycleInteractive Gait ExplorerWalking PhasesCenter of Mass (CoM) TrajectoryZero Moment Point (ZMP)Stability CriterionOdometrywalking_imu_to_odometryPerformance SpecsTroubleshootingRobot Tidak BerjalanRobot Terjatuh Saat BerjalanGerakan Tidak SmoothCode ReferenceWalking Command (Python)Stop WalkingResources