캡처 포인트 (Capture Point)

한 줄 정의: 넘어지려는 보행 로봇이 그 지점에 발을 디디면 완전히 멈춰 설 수 있는 바닥 위의 점입니다.

쉽게 풀면

사람이 앞으로 밀려 넘어질 것 같을 때 한 발을 앞으로 내디뎌 버팁니다. 캡처 포인트는 "지금 속도와 자세라면 발을 정확히 어디에 놓아야 멈출 수 있는가"를 계산한 점입니다. 로봇은 이 점을 보고 발을 어디에 디딜지, 또는 지금 발 안에서 버틸 수 있는지를 판단합니다.

왜 중요한가

이족 보행 로봇의 외란 회복(푸시 리커버리)과 보행 안정화 연구에서 표준 개념이 되었습니다. 영점 모멘트점만으로는 다루기 어려운 "발을 내디뎌 균형을 되찾는" 행동을 간단한 식으로 다룰 수 있게 해 줍니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"외란이 가해진 직후 순간 캡처 포인트를 추정하고, 이것이 지지 다각형을 벗어나면 보폭을 조정하도록 보행 계획기를 설계하였다."

캡처 포인트로 발디딤 여부를 판단하는 예입니다.

조금 더 깊게 보면

선형 역진자 모델에서 순간 캡처 포인트는 무게중심 위치에 무게중심 속도를 고유진동수 ω=√(g/z)로 나눈 값을 더한 점으로 주어집니다. 이는 무게중심 운동 가운데 발산하는 성분에 해당하여, 3차원으로 확장한 발산 운동 성분(DCM) 기반 보행 제어로 발전했습니다. 캡처 포인트가 지지 다각형 안에 있으면 발을 옮기지 않고도 멈출 수 있습니다.

주의할 점

영점 모멘트점은 현재 지면 반력의 작용점을 나타내고, 캡처 포인트는 멈추기 위해 앞으로 디뎌야 할 위치를 나타낸다는 점이 다릅니다. 선형 역진자 같은 단순 모델에서 유도되므로 실제 로봇에서는 모델 오차를 고려해야 합니다.