本发明专利技术提供一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人，涉及机器人技术领域。该机器人包括机械系统、控制系统和供电模块，供电模块为机械系统和控制系统供电；机械系统包括动力机构、传动机构、滑雪板与运动员模拟结构和支撑机构；动力机构用来对传动机构提动动力，传动机构实现对滑雪板与运动员模拟结构的传动，支撑机构用于支撑滑雪板与运动员模拟结构，并用于放置传动机构、控制系统和供电模块；控制系统包括上位机、下位机、数据采集模块和测速模块；上位机通过数据模块采集的数据信息计算出滑雪板与雪面摩擦系数，通过测速模块计算运动员的速度。该机器人便携、可移动，可根据需要对滑雪板与雪面间的摩擦系数及运动员速度进行测量。度进行测量。度进行测量。
【技术实现步骤摘要】
一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人
[0001]本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人。
技术介绍
[0002]将机器人技术等高科技应用在滑雪运动中，改变一直以来仅仅依赖教练员与运动员经验的训练方式，可帮助滑雪运动员更加科学地备战滑雪比赛。
[0003]在滑雪运动中，针对滑雪道与滑雪板之间的摩擦系数，一直以来是凭借经验估算的，而这个雪面摩擦力之间关系运动员的滑行阻力。同时，传统的测量运动员滑行速度的方式是人工手持测速仪测量滑雪运动员的滑行速度，有诸多不足，如测速时位置要保持在运动员正前方、在测速过程中位置要固定不动、得到的测速结果所对应的运动员位置不能精确确定、无法得到运动员在助滑点与起跳点之间的平均速度，而这是滑雪教练员迫切需要的数据，这些缺陷还可导致安全隐患，以及测速结果的不确定性。
技术实现思路
[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人，实现对滑雪板与雪面间平动摩擦系数和运动员速度的自动测量。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人，包括机械系统、控制系统和供电模块，所述供电模块为机械系统和控制系统供电；
[0006]所述机械系统包括动力机构、传动机构、滑雪板与运动员模拟结构和支撑机构；所述动力机构用来对传动机构提动动力，传动机构实现对滑雪板与运动员模拟结构的传动，支撑机构用于支撑滑雪板与运动员模拟结构，并用于放置传动机构、控制系统和供电模块；
[0007]所述控制系统包括上位机、下位机、数据采集模块和测速模块；所述上位机对机械系统进行操作控制，所述数据采集模块包括风向风速传感器、温湿度传感器、倾角传感器、IMU、拉力传感器和信号放大器；上位机与下位机通过串口进行通讯，上位机和下位机共同控制数据采集模块，其中，风向风速传感器、温湿度传感器、倾角传感器与下位机连接，拉力传感器通过信号放大器与下位机连接，IMU和测速模块与上位机连接；下位机将采集到的数据经过处理后传送到上位机中，上位机中内置算法，通过数据模块采集的数据信息计算出滑雪板与雪面摩擦系数；所述测速模块包括放置在支撑机构外表面的两个激光雷达。
[0008]优选地，所述动力机构包括步进电机和电机驱动器；所述电机驱动器接收上位机的控制指令控制步进电机转动，为传动机构提供动力。
[0009]优选地，所述上位机采用树莓派，下位机采用Arduino单片机；上位机通过步进电机驱动器发送指令给步进电机，实现步进电机的正反转。
[0010]优选地，所述供电模块包括24V电池、12V电池和5V电池；24V电池给风速风向传感
器、温湿度传感器和步进电机供电，12V电池给倾角传感器、拉力传感器供电，5V电池给树莓派供电，Arduino单片机和IMU通过USB连接树莓派供电，测速模块连接树莓派5V引脚供电。
[0011]优选地，所述传动机构包括联轴器、滚珠丝杠、直线滑块、大钣金、直线轴承、直线光轴，实现传动功能；所述步进电机通过联轴器与滚珠丝杠联接实现滚珠丝杠的转动，直线滑块安装于滚珠丝杠上，滚珠丝杠转动时驱动直线滑块前后移动，直线光轴安装在滚珠丝杠的下侧，直线轴承穿过直线光轴，直线光轴通过与支撑机构的连接起到对滑雪板与运动员模拟结构移动的导向作用，直线滑块通过大钣金带动直线轴承运动。
[0012]优选地，所述支撑机构为由铝型材框架和碳纤维板组成的两层箱体；碳纤维板将箱体分为上下两层，用来放置动力机构、传动机构、滑雪板与运动员模拟结构、供电模块和控制系统；其中，传动机构、滑雪板与运动员模拟结构、温湿度传感器、倾角传感器、12V电池及信号放大器放在箱体的下层，24V电池、5V电池、上位机、下位机和IMU放在箱体的上层，动力机构、测速模块和风速风向传感器位于箱体的外侧。
[0013]优选地，所述滑雪板与运动员模拟结构包括托盘和砝码，所述托盘下表面粘贴聚乙烯薄膜，并在聚乙烯薄膜上均匀地涂一层雪蜡用于模拟滑雪板，所述砝码设置在托盘上，用于模拟滑雪板上的运动员。
[0014]优选地，所述传动机构还包括直线导轨、光轴支撑架和小钣金件；所述步进电机通过联轴器带动滚珠丝杠运动，从而带动直线滑块在直线导轨上滑动，直线导轨起到导向作用；将大钣金件通过螺栓连接与直线滑块进行固定，保证连接的紧密性；光轴支撑架通过螺栓连接固定在支撑机构的铝型材上，直线轴承穿过直线光轴通过与光轴支撑架的连接起到导向作用；大钣金件的滑动带动直线轴承在直线光轴上滑动，将小钣金件与直线轴承通过螺栓连接进行固定，保证连接的紧密性，并实现直线轴承带动小钣金件共同运动；将小钣金件与拉力传感器进行刚性连接，并使拉力传感器连接在小钣金件表面，保证拉力传感器不受到向下的力，保证了测量的精确性；而拉力传感器与托盘通过柔性钢丝绳进行连接，在小钣金带动拉力传感器进行运动时，拉力传感器通过柔性钢丝绳带动放置着砝码的托盘进行运动，进而通过拉力传感器采集到托盘所受的拉力数据。
[0015]优选地，所述步进电机驱动器的方向引脚和脉冲引脚分别连接树莓派不同的引脚，同时，下位机将倾角传感器和拉力传感器采集到的数据信息通过串口传给上位机，选取出稳定的拉力值，进而计算出雪面与滑雪板的平动摩擦系数。
[0016]优选地，所述上位机内置Qt测量软件，由UI、控制代码、模型代码三部分组成，UI作为与用户进行信息交互的界面，控制代码则作为UI的控制器，实现界面元素的不同功能，模型代码是软件的核心，实现对接收的下位机数据的处理运算以及与下位机进行通讯的功能，通过下位机接收的拉力数据信息计算出雪面摩擦系数。
[0017]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供的一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人，基于平动摩擦系数计算方法，建立了测量机器人的机械结构和控制系统，不仅实现了对滑雪板与雪面之间摩擦系数的自动测量，也实现了对运动员滑行速度的自动测量。本专利技术的测量机器人便携、可移动，可根据需要随时随地的对滑雪板与雪面间的摩擦系数及运动员速度进行测量。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例提供的一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人的结构框图；
[0019]图2为本专利技术实施例提供的机械系统结构示意图，其中，(a)为机械系统结构的正视图，(b)为机械系统结构的后视图；
[0020]图3为本专利技术实施例提供的计算滑雪板与雪面间平动摩擦系数的基本原理图；
[0021]图4为本专利技术实施例提供的一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人的电路连接关系图；
[0022]图5为本专利技术实施例提供的一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人的控制流程图；
[0023]图6为本专利技术实施例提供的上位机内置Qt测量软件的UI界面图。
[0024]图中，1、步进电机；2、直线滑块；3、直线导轨；4、电机架；5、大钣金件；6、铝型材框架；7、光轴支撑架；8、滚珠丝杠；9、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人，其特征在于：包括机械系统、控制系统和供电模块，所述供电模块为机械系统和控制系统供电；所述机械系统包括动力机构、传动机构、滑雪板与运动员模拟结构和支撑机构；所述动力机构用来对传动机构提动动力，传动机构实现对滑雪板与运动员模拟结构的传动，支撑机构用于支撑滑雪板与运动员模拟结构，并用于放置传动机构、控制系统和供电模块；所述控制系统包括上位机、下位机、数据采集模块和测速模块；所述上位机对机械系统进行操作控制，所述数据采集模块包括风向风速传感器、温湿度传感器、倾角传感器、IMU、拉力传感器和信号放大器；上位机与下位机通过串口进行通讯，上位机和下位机共同控制数据采集模块，其中，风向风速传感器、温湿度传感器、倾角传感器与下位机连接，拉力传感器通过信号放大器与下位机连接，IMU和测速模块与上位机连接；下位机将采集到的数据经过处理后传送到上位机中，上位机中内置算法，通过数据模块采集的数据信息计算出滑雪板与雪面摩擦系数；所述测速模块包括两个放置在支撑机构外表面的两个激光雷达。2.根据权利要求1所述的一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人，其特征在于：所述动力机构包括步进电机和电机驱动器；所述电机驱动器接收上位机的控制指令控制步进电机转动，为传动机构提供动力。3.根据权利要求2所述的一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人，其特征在于：所述上位机采用树莓派，下位机采用Arduino单片机；上位机通过步进电机驱动器发送指令给步进电机，实现步进电机的正反转。4.根据权利要求3所述的一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人，其特征在于：所述供电模块包括24V电池、12V电池和5V电池；24V电池给风速风向传感器、温湿度传感器和步进电机供电，12V电池给倾角传感器、拉力传感器供电，5V电池给树莓派供电，Arduino单片机和IMU通过USB连接树莓派供电，测速模块连接树莓派5V引脚供电。5.根据权利要求4所述的一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人，其特征在于：所述传动机构包括联轴器、滚珠丝杠、直线滑块、大钣金、直线轴承、直线光轴，实现传动功能；所述步进电机通过联轴器与滚珠丝杠联接实现滚珠丝杠的转动，直线滑块安装于滚珠丝杠上，滚珠丝杠转动时驱动直线滑块前后移动，直线光轴安装在滚珠丝杠的下侧，直线轴承穿过直线光轴，直线光轴通过与支撑机构的连接起到对滑雪板与运动员模拟结构移动的导向作用，直线滑块通过大钣金带动直线轴承运动。6.根据权利要求5所述的一种滑雪板与雪面间平动摩擦...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宏，郝迎港，许文涵，周世佶，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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