CN113624676B

CN113624676B - 一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人

Info

Publication number: CN113624676B
Application number: CN202111020892.8A
Authority: CN
Inventors: 王宏; 张波; 岳再拓; 兰钦; 郝迎港; 潘永瑞
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2021-09-01
Filing date: 2021-09-01
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2041-09-01
Also published as: CN113624676A; WO2023029067A1

Abstract

本发明提供一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人，涉及机械电子工程和体育学技术领域。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；机械系统包括动力启动机构、单电机支撑升降机构和飞轮机构；飞轮机构包括相连接的轴系部件和飞轮；动力启动机构为飞轮转动提供动力，使飞轮进行旋转；单电机支撑升降机构实现飞轮的上升与下降；控制系统包括上位机、下位机以及传感器模块；下位机与传感器模块连接；上位机与下位机通过串口进行通讯；传感器模块采集测试环境信息以及飞轮转速，并传送至下位机；上位机通过下位机接收的数据信息计算出雪面摩擦系数。

Description

一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人

技术领域

本发明涉及机械电子工程和体育学技术领域，尤其涉及一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人。

背景技术

赛道雪面摩擦系数对运动员滑行速度影响巨大，直接关系运动员的成绩。雪面摩擦系数是一种动态的、受到了气温、日照、风速、风向、雪内温度等环境因素的影响。如何快速精准地测量雪面摩擦系数是一个技术难题。而目前针对雪面摩擦系数的赛前精准快速测量仍是空白。对此，研发考虑环境要素动态变化的雪面摩擦系数精准测量的机器人，可在滑雪运动测量中应用，可满足各种冰雪赛事提供高精度测试等需求，对于丰富和发展雪上项目运动场地智能化水平具有重要的科学价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人，实现对雪面摩擦系数的自动测量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人，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；

所述机械系统包括动力启动机构、单电机支撑升降机构和飞轮机构；所述飞轮机构包括相连接的轴系部件和飞轮；所述动力启动机构为飞轮机构的飞轮转动提供动力，使飞轮进行旋转；所述单电机支撑升降机构实现飞轮的上升与下降功能；

所述控制系统包括上位机、下位机以及传感器模块；所述下位机与传感器模块连接；上位机与下位机通过串口进行通讯；所述传感器模块采集测试环境信息以及飞轮转速，并传送至下位机；所述上位机内置测量软件通过下位机接收的数据信息计算出雪面摩擦系数。

优选地，所述飞轮机构的轴系部件包括机架、直线滑轨、滑块、轴承座、大锥齿轮、上行程开关、支撑轴、和下行程开关；所述支撑抽作为飞轮的转动轴，带动飞轮进行旋转，大锥齿轮安装在支撑轴的一端，用来与动力启动机构进行动联接，支撑轴两端的轴承座通过与滑块进行连接，使飞轮可随着直线滑轨进行上下移动，直线滑轨安装在机架上；所述上行程开关和下行程开关分别安装在支撑轴两端的轴承座上；上行程开关用来控制飞轮上升的停止位置，使得大锥齿轮能与动力启动机构中的小锥齿轮正确啮合，下行程开关用来控制飞轮下降的停止位置，使得飞轮能够接触到雪地表面。

优选地，所述动力启动机构包括步进电机和小锥齿轮；步进电机作为飞轮旋转的动力源固定在机架上，小锥齿轮通过紧定螺丝安装在步进电机的电机轴上，实现与支撑轴上的大锥齿轮的动联接。

优选地，所述单电机支撑升降机构包括直流电机、支撑架、直线光轴、滚珠丝杠、滚珠丝杠滑块和直线轴承；所述直流电机作为支撑升降机构的动力源固定在机架上，直流电机通过联轴器与滚珠丝杠联接实现滚珠丝杠的转动，滚珠丝杠滑块安装于滚珠丝杠上，滚珠丝杠转动时驱动滚珠丝杠滑块上下移动，支撑架通过螺栓联接与滚珠丝杠滑块固定，与之同步运动，飞轮机构中的轴承座受重力作用紧压在支撑架的上表面，轴承座随支撑座升降，从而实现飞轮的升降动作，直线光轴安装在滚珠丝杠的两侧，直线轴承穿过直线光轴通过与支撑架的连接起到支撑升降机构的导向作用；所述支撑架两侧为凹槽结构。

优选地，所述传感器模块包括风速传感器、风向传感器、温湿度传感器、压力传感器和编码器；所述编码器通过紧定螺丝安装在飞轮轴上，与飞轮同步旋转以监测飞轮转速；温湿度传感器连接下位机，用来采集测试环境的温度和湿度信号，并传送至下位机；风向传感器和风速传感器均连接下位机，用来采集测试环境的风速和风向信号，并传送至下位机；所述压力传感器安装在支撑架两侧凹槽内，用来测量飞轮机构对支撑架的压力。

优选地，所述供电模块采用12V锂电池和24V动力锂电池，其电池容量分别是13AH和10AH，其中，12V锂电池给压力传感器供电，24V动力锂电池给步进电机、直流电机、温湿度传感器和风向、风速传感器供电。

优选地，所述上位机和下位机对机械系统进行操作，上位机通过继电器发送指令给直流电机，控制直流电机的正反转，进而实现飞轮上升下降运动；下位机通过步进电机驱动板发送指令给步进电机，进而实现控制飞轮的转动，其中，步进电机驱动板的方向引脚和脉冲引脚分别接下位机的引脚8和引脚9；同时风速传感器、风向传感器、压力传感器、编码器和温湿度传感器采集数据信息，并将数据信息通过串口传给上位机的UI界面，上位机将接收的飞轮转速经过中值滤波处理，并计算得出飞轮加速度。

优选地，所述上位机内置的测量软件由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，实现对接收自下位机数据的处理运算以及与下位机进行通讯的功能，通过下位机接收的数据信息计算出雪面摩擦系数。

优选地，所述上位机通过对接收的数据进行中值滤波、绘图拟合，得到两段斜率不同的直线，将较陡的斜率减去较平缓的斜率，得到飞轮的角加速度，再通过以下公式计算得到雪面摩擦系数：

f＝μ(mg cosθ-F)

M＝fr＝Jα

其中，μ为飞轮表面与雪面接触摩擦系数，f为飞轮表面与雪面接触摩擦力，m为飞轮机构质量，g为重力加速度，θ为雪面倾斜角度，F为支撑座对飞轮机构的支撑力，M为飞轮表面与雪面接触摩擦力矩，r为飞轮半径，J为飞轮转动惯量，α为飞轮角加速度。

优选地，所述机器人还包括控制箱体，整个箱体位于飞轮机构后部，用来放置智能机器人控制元件和电气元件。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人，动力启动机构在竖直方向安装，单电机支撑升降机构下降时可同时实现飞轮机构与动力启动机构脱离联接和飞轮机构接触雪面两个过程，从而避免了动力启动机构水平安装对两个过程的割裂，节省了测试时间。本装置采用高分辨率编码器，对其发送的脉冲进行定时(50ms)计数，在上位机对速度离散数据处理时首先进行高次(20次)多项式拟合，然后对高次曲线的下降段进行线性拟合，从而保证了测量结果的可靠性和准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人的结构框图；

图2为本发明实施例提供的机械系统图，其中，(a)为机械系统的整体结构示意图，(b)为飞轮机构和动力启动机构的结构示意图，(c)为单电机支撑升降机构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人的电路原理图；

图4为本发明实施例提供的一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人的控制流程图；

图5为本发明实施例提供的UI界面图。

图中，1、控制箱体；2、飞轮；3、机架；4、直线滑轨；5、滑块；6、轴承座；7、上行程开关；8、支撑轴；9、大锥齿轮；10、下行程开关；11、步进电机；12、小锥齿轮；13、直流电机；14、支撑架；15、直线光轴；16、滚珠丝杠滑块；17、直线轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例中，一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人，如图1所示，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；机械系统与待测雪面一起，构成实现测量原理的实体，是整个系统最底层的部分。控制系统是联接机械系统与测量软件的桥梁，向上为软件系统服务，向下给机械系统下达指令，是整个系统的中间层部分。测试软件运行于控制系统的上位机，与控制系统联系紧密，其提供UI界面直接与用户进行交互，是整个系统最上层的部分。

所述机械系统如图2所示，包括动力启动机构、单电机支撑升降机构、飞轮机构和控制箱体1；所述飞轮机构包括相连接的轴系部件和飞轮2，飞轮2表面层粘贴聚乙烯薄膜，其上均匀地涂一层雪蜡实现与滑雪板底面材料的一致性；所述动力启动机构为飞轮机构的飞轮2转动提供动力，使飞轮2通过轴系部件进行旋转；所述单电机支撑升降机构实现飞轮2的上升与下降功能，从机械结构上保证了系统的测量精度；

飞轮机构的轴系部件包括机架3、直线滑轨4、滑块5、轴承座6、上行程开关7、支撑轴8、大锥齿轮9和下行程开关10；所述支撑轴8作为飞轮2的转动轴，带动飞轮2进行旋转，大锥齿轮9安装在支撑轴8的一端，用来与动力启动机构进行动联接，支撑轴8两端的轴承座6通过与滑块5进行连接，使飞轮2可随着直线滑轨4进行上下移动，直线滑轨4安装在机架3上；所述上行程开关7和下行程开关10分别安装在支撑轴8两端的轴承座6上；上行程开关7用来控制飞轮2上升的停止位置，使得大锥齿轮9能与动力启动机构中的小锥齿轮12正确啮合，下行程开关10用来控制飞轮2下降的停止位置，使得飞轮2能够接触到雪地表面。

动力启动机构包括步进电机11和小锥齿轮12；步进电机11作为飞轮旋转的动力源固定在机架3上，小锥齿轮12通过紧定螺丝安装在步进电机11的电机轴上，实现与支撑轴8上的大锥齿轮9的动联接。

单电机支撑升降机构包括直流电机13、支撑架14、直线光轴15、滚珠丝杠、滚珠丝杠滑块16和直线轴承17；所述直流电机13作为支撑升降机构的动力源固定在机架3上，直流电机13通过联轴器与滚珠丝杠联接实现滚珠丝杠的转动，滚珠丝杠滑块16安装于滚珠丝杠上，滚珠丝杠转动时驱动滚珠丝杠滑块16上下移动，支撑架14通过螺栓联接与滚珠丝杠滑块16固定，与之同步运动，飞轮机构中的轴承座6受重力作用紧压在支撑架14的上表面，轴承座6随支撑座升降，从而实现飞轮2的升降动作，直线光轴15安装在滚珠丝杠的两侧，直线轴承17穿过直线光轴15通过与支撑架14的连接起到支撑升降机构的导向作用；所述支撑架14两侧为凹槽结构。

所述控制系统包括上位机、下位机以及传感器模块；所述下位机与传感器模块连接；上位机与下位机通过串口进行通讯；所述传感器模块采集测试环境信息以及飞轮转速，并传送至下位机；

所述上位机上测量软件，所述测量软件由UI(User Iterface)、控制代码(Controller)、模型代码(Mode)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(按钮、显示框等)的不同功能，模型代码是软件的核心，实现对接收自下位机数据的处理运算以及与下位机进行通讯的功能，通过下位机接收的数据信息计算出雪面摩擦系数。

所述机器人的控制箱体1位于飞轮机构后部，其使用不锈钢板将内部空间分割为四层，用来放置上位机、下位机、继电器、稳压电源、电机驱动板等控制元件和电气元件，这些元件的连接导线从箱体内部伸出，连接对应的外部机械元件实现驱动与控制功能。

所述传感器模块包括风速传感器、风向传感器、温湿度传感器、压力传感器和编码器；所述编码器通过紧定螺丝安装在飞轮轴上，与飞轮同步旋转以监测飞轮转速；温湿度传感器连接下位机，用来采集测试环境的温度和湿度信号，并传送至下位机；风向传感器和风速传感器均连接下位机，用来采集测试环境的风速和风向信号，并传送至下位机；所述压力传感器安装在支撑架两侧凹槽内，用来测量飞轮机构对支撑架的压力。

所述上位机和下位机对机械系统进行操作，上位机通过继电器发送指令给直流电机，控制直流电机的正反转，进而实现飞轮上升下降运动；下位机通过步进电机驱动板发送指令给步进电机，进而实现控制飞轮的转动，其中，步进电机驱动板的方向引脚和脉冲引脚分别接下位机的引脚8和引脚9；同时风速传感器、风向传感器、压力传感器、编码器和温湿度传感器采集数据信息，并将数据信息通过串口传给上位机的UI界面，上位机将接收的飞轮转速经过中值滤波处理，并计算得出飞轮加速度。

所述上位机通过对接收的数据进行中值滤波、绘图拟合，得到两段斜率不同的直线，将较陡的斜率减去较平缓的斜率，得到飞轮的角加速度(斜率较平缓的直线与轴承阻力和空气阻力相关)，再通过以下公式计算得到雪面摩擦系数：

f＝μ(mg cosθ-F)

M＝fr＝Jα

本实施例中，所述供电模块采用格耐尔12V锂电池和弘孚24V动力锂电池，其电池容量分别是13AH和10AH，其中，12V锂电池给压力传感器供电，24V动力锂电池给步进电机、直流电机、温湿度传感器和风向、风速传感器供电。

本实施例中，步进电机型号为57EBP75ALC，直流电机型号为XC37GB555-89K，继电器型号为DS-100B-24。控制系统中，下位机采用Arduino Mega2560，编码器型号为E6H-CWZ3E，风向传感器型号为RS-FXJT-V05-360，温湿度传感器型号为RS-WS-V5-2，上位机采用树莓派RaspberryPi 4B，压力传感器型号为ZNHM-I-5KG，风速传感器型号为RS-FSJT-V05。其中，Arduino Mega2560作为下位机给各个传感器发送信号，树莓派作为控制系统的上位机给下位机和直流电机发送信号，并处理下位机传来的数据。Arduino Mega2560采集传感器数据，通过串口将数据传到树莓派，树莓派处理数据计算出摩擦系数。

本实施例中，智能机器人各电气器件和控制元件的电路连接关系如图3所示。

E6H-CWZ3E编码器通过紧定螺丝安装在飞轮轴上，与飞轮同步旋转以监测飞轮转速。编码器轴每转动一圈输出固定的脉冲数，脉冲数由编码器码盘上的光栅的线数所决定，本系统采用的E6H-CWZ3E编码器每转动一圈输出的脉冲数为1024。编码器的电源线和0V线分别接至Arduino Mega2560的5V和Gnd引脚，另外，因为本系统不需要编码器监测飞轮转向，所以只选择编码器的一个输出相，将其连接至Arduino Mega2560的0号中断引脚(int.0)，其对应于Arduino Mega2560的2号数字引脚。系统工作时，编码器轴与飞轮同步旋转，每旋转一圈，编码器的输出相会向Arduino Mega2560的中断引脚发送固定的脉冲数，每个脉冲都会产生对Arduino Mega2560的一次中断请求。Arduino Mega2560收到来自外部的中断请求后及时作出响应，程序跳转至中断服务程序，在中断服务程序中设置计数变量对本次中断进行记录，每产生一次中断计数变量便进行+1的操作，由此便可通过计数变量获得任意时间间隔内编码器发送的脉冲数，进而计算飞轮在这一时间间隔内的平均转速。利用Arduino Mega2560计时器每50ms对脉冲数进行一次读取，计算转速后将计数变量清0，以实现下一轮计数从0开始。

温度、湿度传感器连接下位机的A2和A3引脚，用来采集测试环境的温度和湿度信号，并传送至上位机(树莓派)。

风向、风速传感器连接下位机的A0和A1引脚，用来采集测试环境的风速和风向信号，并传送至树莓派。

供电模块采用格耐尔12V锂电池和弘孚24V动力锂电池，其电池容量分别是13AH和10AH，其中12V电源给压力传感器供电，24V电源给步进电机、直流电机、温湿度传感器和风向、风速传感器供电。上位机和下位机对机械系统进行操作，上位机通过继电器发送指令给直流电机，控制直流电机的正反转，进而实现飞轮上升下降运动；下位机通过步进电机驱动板发送指令给步进电机，进而实现控制飞轮的转动，其中步进电机驱动器的方向引脚和脉冲引脚分别接下位机的引脚8和引脚9。同时风速传感器、风向传感器、压力传感器、编码器和温湿度传感器采集数据信息，并将数据信息通过串口传给上位机的UI界面，上位机将接收的速度值经过中值滤波处理，计算得出加速度a。

在Arduino Mega2560程序中，在串口中通过指令2读取风速、风向、温度、湿度的信息，并把数据传送上位机的UI界面中；通过指令3，控制步进电机按照正弦规律加速至设定值，其目的是使加速过程尽量柔和平稳；指令4以同样方式控制步进电机的减速。在串口中的指令6，读取两个压力传感器的数值，并传送到上位机。

本实施例中，机器人进行测量工作时，如图4所示，通过点击上位机中测量软件的UI界面中的按钮对智能机器人进行控制，57步进电机作为机械系统动力源之一，经过大小锥齿轮传动将飞轮转动的角速度提升至设定值后，单电机支撑机构开始向下运动使大小锥齿轮脱离啮合，同时与飞轮同轴心的编码器开始工作以持续监测飞轮转速，单电机支撑机构继续向下运动直至飞轮外表面接触待测雪面，飞轮动能在雪面摩擦力的作用下逐渐衰减为0。在上述过程中，机械系统运行的同时，控制系统的下位机实时采集风速传感器、风向传感器、温湿度传感器、压力传感器和编码器数据，并通过串口通讯将数据发送至上位机，上位机对数据进行处理，利用能量法对雪面摩擦系数进行计算，并将计算结果和风速、风向、温湿度的平均值显示在UI界面上，至此完成整个测量过程。

本实施例中，测量软件通过集成开发环境Qt Creator进行开发，包括UI(UserInterface)、控制代码(Controller)、模型代码(Node)三个部分。UI为人机交互界面，控制代码实现对界面元素(按钮、图表、显示框等)的编辑和控制，模型代码主要实现通讯与数据处理。

本实施例中，UI界面如图5所示，各按钮具体功能实现为：

1.按钮“串口选择”：点击搜索并选择串口。

2.按钮“打开串口”：连接树莓派与Arduino，实现串口通讯。

3.按钮“数据获取”：采集风速风向、温度湿度数据。其具体实现过程为：按钮对应的槽函数向下位机发送数据“2”，下位机收到“2”后，开始将串口读取到的风速、风向、温度、湿度发送给上位机，四个数据每隔500ms发送一次，单个数据每隔50ms发送一次，每种数据发10组。

4.按钮“求平均值”：点击获得10组数据的平均值。

5.按钮“清空显示”：将所获得风向、风速、湿度、温度在表格里清除。

6.按钮“上升”：按钮对应的槽函数，向Arduino发送上升指令，Arduino判断指令，并执行相关命令，使直流电机反转，从而带动丝杠实现向上运动。

7.按钮“下降”：与上述上升按钮一样，只不过发送的是下降指令，使直流电机正转，从而带动丝杠实现向下运动。

8.按钮“启动”：按钮触发信号，通过对应的槽函数，向Arduinio发送指令，Arduino执行相关动作，使步进电机加速至预定速度。

9.按钮“停止”：按钮触发信号，上位机给下位机发送字节，下位机执行停止函数，使步进电机逐渐减速至0。

10.按钮“保存数据”：按钮触发信号，将Arduino读取的编码器数据进行处理之后，再将处理好的数据写进文件并保存。

11.按钮“获取压力值”：读取下位机中通过压力传感器测量的数据。然后用mg*cosθ减去压力传感器读的数值，再通过对应的槽函数，发送给上位机，在显示框显示。

12.按钮“求解摩擦系数”：通过对文件夹的数据进行中值滤波、拟合，可以得到两段斜率不同的直线，将较陡的斜率减去较平缓的斜率，就可以得到飞轮的角加速度(较平缓小的那一段为机构加空气的阻力)，进而计算雪面摩擦系数。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims

1.一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人，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启动机构、单电机支撑升降机构和飞轮机构；所述飞轮机构包括相连接的轴系部件和飞轮；所述动力启动机构为飞轮转动提供动力，使飞轮进行旋转；所述单电机支撑升降机构实现飞轮的上升与下降功能；

所述控制系统包括上位机、下位机以及传感器模块；所述下位机与传感器模块连接；上位机与下位机通过串口进行通讯；所述传感器模块采集测试环境信息以及飞轮转速，并传送至下位机；所述上位机内置测量软件，通过下位机接收的数据信息计算出雪面摩擦系数；

所述飞轮机构的轴系部件包括机架、直线滑轨、滑块、轴承座、大锥齿轮、上行程开关、支撑轴、和下行程开关；所述支撑抽作为飞轮的转动轴，带动飞轮进行旋转，大锥齿轮安装在支撑轴的一端，用来与动力启动机构进行动联接，支撑轴两端的轴承座通过与滑块进行连接，使飞轮可随着直线滑轨进行上下移动，直线滑轨安装在机架上；所述上行程开关和下行程开关分别安装在支撑轴两端的轴承座上；上行程开关用来控制飞轮上升的停止位置，使得大锥齿轮能与动力启动机构中的小锥齿轮正确啮合，下行程开关用来控制飞轮下降的停止位置，使得飞轮能够接触到雪地表面。

2.根据权利要求1所述的一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人，其特征在于：所述动力启动机构包括步进电机和小锥齿轮；步进电机作为飞轮旋转的动力源固定在机架上，小锥齿轮通过紧定螺丝安装在步进电机的电机轴上，实现与支撑轴上的大锥齿轮的动联接。

3.根据权利要求2所述的一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人，其特征在于：所述单电机支撑升降机构包括直流电机、支撑架、直线光轴、滚珠丝杠、滚珠丝杠滑块和直线轴承；所述直流电机作为支撑升降机构的动力源固定在机架上，直流电机通过联轴器与滚珠丝杠联接实现滚珠丝杠的转动，滚珠丝杠滑块安装于滚珠丝杠上，滚珠丝杠转动时驱动滚珠丝杠滑块上下移动，支撑架通过螺栓联接与滚珠丝杠滑块固定，与之同步运动，飞轮机构中的轴承座受重力作用紧压在支撑架的上表面，轴承座随支撑座升降，从而实现飞轮的升降动作，直线光轴安装在滚珠丝杠的两侧，直线轴承穿过直线光轴通过与支撑架的连接起到支撑升降机构的导向作用；所述支撑架两侧为凹槽结构。

4.根据权利要求3的一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人，其特征在于：所述传感器模块包括风速传感器、风向传感器、温湿度传感器、压力传感器和编码器；所述编码器通过紧定螺丝安装在飞轮轴上，与飞轮同步旋转以监测飞轮转速；温湿度传感器连接下位机，用来采集测试环境的温度和湿度信号，并传送至下位机；风向传感器和风速传感器均连接下位机，用来采集测试环境的风速和风向信号，并传送至下位机；所述压力传感器安装在支撑架两侧凹槽内，用来测量飞轮机构对支撑架的压力。

5.根据权利要求4的一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人，其特征在于：所述供电模块采用格耐尔12V锂电池和弘孚24V动力锂电池，其电池容量分别是13AH和10AH，其中，12V锂电池给压力传感器供电，24V动力锂电池给步进电机、直流电机、温湿度传感器和风向、风速传感器供电。

6.根据权利要求5的一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人，其特征在于：所述上位机和下位机对机械系统进行操作，上位机通过继电器发送指令给直流电机，控制直流电机的正反转，进而实现飞轮上升下降运动；下位机通过步进电机驱动板发送指令给步进电机，进而实现控制飞轮的转动，其中，步进电机驱动板的方向引脚和脉冲引脚分别接下位机的引脚8和引脚9；同时风速传感器、风向传感器、压力传感器、编码器和温湿度传感器采集数据信息，并将数据信息通过串口传给上位机的UI界面，上位机将接收的飞轮转速经过中值滤波处理，并计算得出飞轮加速度。

7.根据权利要求6的一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人，其特征在于：所述上位机内置的测量软件由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，实现对接收自下位机数据的处理运算以及与下位机进行通讯的功能，通过下位机接收的数据信息计算出雪面摩擦系数。

8.根据权利要求7的一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人，其特征在于：所述上位机通过对接收的数据进行中值滤波、绘图拟合，得到两段斜率不同的直线，将较陡的斜率减去较平缓的斜率，得到飞轮的角加速度，再通过以下公式计算得到雪面摩擦系数：

f＝μ(mg cosθ-F)

M＝fr＝Jα

9.根据权利要求2-8任一项所述的一种便携式雪面摩擦系数自动测量智能机器人，其特征在于：所述机器人还包括控制箱体，整个箱体位于飞轮机构后部，用来放置智能机器人控制元件和电气元件。