CN114377369A - 一种用于滑雪板的智能辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于滑雪板的智能辅助装置，属于滑雪板技术领域，解决了现有技术无法自动进行滑雪训练的问题。该装置包括：滑雪环境采集模块，用于采集当前滑雪环境信息，发送至MCU控制模块；滑雪状态监测模块，用于采集滑雪板操作者的实时运动状态信息，发送至MCU控制模块；MCU控制模块，用于根据当前滑雪环境信息生成多条滑雪路线供操作者选择，根据选择的滑雪路线启动滑雪板沿所述路线运动后，根据接收的操作者的实时运动状态信息判断操作者当前动作是否达标，当未达标时提示操作者调整相应操作，并控制执行机构自动调整滑雪板的运动状态；执行机构，用于根据MCU控制模块的控制调整滑雪板的运动状态。本发明实现了自动进行滑雪训练的用途。

Description

一种用于滑雪板的智能辅助装置

技术领域

本发明涉及滑雪板技术领域，尤其涉及一种用于滑雪板的智能辅助装置。

背景技术

滑雪是一项对操作环境、操作者速度、动作等条件极高的极限运动。

对于滑雪新手，学习这项运动主要依靠教练的指导。大多数情况下，教练不能给出精确的技术指导，粗略的技术指导可能导致新手在长时间学习过程中一直不得要领，频繁摔跤，甚至损坏滑雪板零部件。特别是对于一些身体协调性不佳、不善于运动的操作者来说，体验极差，容易丧失学习这项运动的决心和信心。

对于有经验的滑雪板操作者，提高自己的滑雪技能只能通过其他人观察自己动作判断是否合乎规范来调整滑雪方式，无法智能采集数据进行精准判断，提高程度受限。并且，由于观察者所在位置以及反应速度不等，会导致判断结果存在较大的误差，判断结果并不精准。

上述现有技术中，操作者都是通过反复进行肌肉记忆性训练，形成固化的肌肉记忆，从而具备滑雪能力。但该方法费时费力，没有精确的技术指导，长时间不滑雪后，又要摸索很长时间才能重新具备原来的滑雪能力，大大浪费了时间和金钱。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于滑雪板的智能辅助装置，用以解决现有技术无法自动进行滑雪训练的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种用于滑雪板的智能辅助装置，包括：

滑雪环境采集模块，用于采集当前滑雪环境信息，发送至MCU控制模块；

滑雪状态监测模块，用于采集滑雪板操作者的实时运动状态信息，发送至MCU控制模块；

MCU控制模块，用于根据当前滑雪环境信息生成多条滑雪路线供操作者选择，根据选择的滑雪路线启动滑雪板沿所述路线运动后，根据接收的操作者的实时运动状态信息判断操作者当前动作是否达标，当未达标时提示操作者调整相应操作，并控制执行机构自动调整滑雪板的运动状态；

执行机构，用于根据MCU控制模块的控制调整滑雪板的运动状态。

上述技术方案的有益效果如下：该智能辅助装置通过采集当前滑雪环境信息，能够自动生成适合当前滑行环境的多条路线，供操作者自由选择；滑雪开始后，通过采集滑雪板操作者的各种实时运动状态信息，对所述实时运动状态信息进行判断，精准控制调控时机，检测到实时状态信息未达标时，立即给予操作者提示，并指导操作者更加精准地调整相应动作，并通过执行调整滑雪板的运动状态配合。上述方案使得滑雪控制更加简单、易操作，并且精准。

基于上述方法的进一步改进，所述滑雪环境采集模块进一步包括：

温湿度传感器，用于采集雪场温度、湿度，发送至数据处理子模块；

深度摄像头，用于采集当前滑雪环境图像，发送至数据处理子模块；

数据处理子模块，用于对接收到的当前滑雪环境图像依次进行滤波、各个位置环境识别、障碍物识别、图像增强、障碍物轮廓特征提取，将获得的各个位置环境信息、障碍物位置坐标、各部位特征信息与接收到的雪场温度、湿度一并作为当前滑雪环境信息，发送至MCU控制模块。

上述进一步改进方案的有益效果是：通过图像预处理和图像识别，判断出滑雪场各个位置的环境信息和障碍物信息，为精准地进行路径规划以及滑雪板运动调整打下了坚实的基础。

进一步，所述数据处理子模块执行如下程序：

接收雪场温度、湿度与当前滑雪环境图像；

检测当前滑雪环境图像中的滑雪区域；

对所述滑雪区域进行放大，并对该区域中的图像细节依次进行高斯低通滤波、图像锐化，获得特征增强的滑雪环境图像；

对所述特征增强的滑雪环境图像进行各个位置环境识别，获得各个位置的积雪融化等级、雪道高度、正前方雪道长度，作为所述各个位置环境信息；

对所述特征增强的滑雪环境图像进行障碍物定位以及障碍物轮廓识别，将获得的障碍物位置坐标，以及障碍物轮廓上各点位置信息作为各部位特征信息，与上述各个位置的积雪融化等级、雪道高度、正前方雪道长度、雪场温度、湿度一并作为当前滑雪环境信息，发送至数据处理子模块。

上述进一步改进方案的有益效果是：对滑雪区域放大后，获取了滑雪环境的细节特征(即各个位置的积雪融化等级、雪道高度、正前方雪道长度)，并对障碍物进行识别，获得障碍物位置坐标以及障碍物轮廓上各点位置信息，为后续路径规划(生成多条滑雪路线)提供了详细的依据，并奠定了坚实的基础。

进一步，所述滑雪板操作者的实时运动状态信息包括前脚压力、后脚压力、加速度、旋转角度。

上述进一步改进方案的有益效果是：对操作者的实时运动状态信息进行了限定，所述运动状态信息包括前脚压力、后脚压力、加速度、旋转角度，有利于准确地提供调控信息。

进一步，所述滑雪状态监测模块进一步包括：

前脚压力传感器，布设于滑雪板的前脚踩踏区域，用于采集操作者前脚对该区域施加的压力，作为操作者的前脚压力；

后脚压力传感器，布设于滑雪板的后脚踩踏区域，用于采集操作者后脚对该区域施加的压力，作为操作者的后脚压力；

加速度传感器，布设于滑雪板背面或侧面，用于采集滑雪板的实时加速度，作为操作者的加速度；

三轴陀螺，也布设于滑雪板背面或侧面，用于采集滑雪板的实时旋转角度，作为操作者的旋转角度。

上述进一步改进方案的有益效果是：通过前脚压力传感器、后脚压力传感器、加速度传感器、三轴陀螺布置能够实时、精准地采集前脚压力、后脚压力、加速度、旋转角度，有利于自动、精准地生成调控信息。

进一步，所述MCU控制模块执行如下程序生成多条滑雪路线供操作者选择：

接收当前滑雪环境信息，包括雪场温度、湿度、各个位置的积雪融化等级、雪道高度、正前方雪道长度、障碍物位置坐标以及各部位特征信息；

根据雪场温度、湿度，通过下面公式获取积雪融化标定值S、雪道高度标定值H、正前方雪道长度标定值L

式中，T为雪场温度，RH为雪场湿度，INT()为取整函数，k₁～k₆、α₁～α₃、β₁～β₃、γ₁～γ₄为事先标定的系数；

从滑雪环境各个位置中选取积雪融化等级大于上述标定值S、雪道高度大于上述标定值H、正前方雪道长度大于上述标定值L的所有位置，作为备选位置；

沿所述备选位置，通过避开障碍物规则生成所有可能的滑雪路线，作为备选路线；所述避开障碍物规则为与障碍物的距离始终大于等于预设值；

从上述备选路线中选择转弯角度小于等于40°的路线作为初学者推荐路线，选择转弯角度在40°～65°的路线作为中级滑雪者推荐路线，选择转弯角度大于65°的路线作为高级滑雪者推荐路线，供操作者选择。

上述进一步改进方案的有益效果是：通过雪场温度、湿度自动生成积雪融化等级、雪道高度、正前方雪道长度标定值，将积雪融化等级、雪道高度、正前方雪道长度的实际值与上述标定值依次比较，进而获得满足滑雪条件(积雪融化等级大于上述标定值S、雪道高度大于上述标定值H、正前方雪道长度大于上述标定值L)的所有备选位置，进而获得所有可能的滑雪路线，再生成满足满足初学者、中级滑雪者、高级滑雪者需要的路线，供操作者选择。通过上述方案能够自动、精准地进行路径规划(生成多条滑雪路线)，自动生成满足各类操作者(初学者、中级滑雪者、高级滑雪者)需要的路线，直接应用能够节省大量设计时间和成本。

进一步，所述MCU控制模块执行如下程序实现判断操作者当前动作是否达标，当未达标时提示操作者调整相应操作，并控制执行机构自动调整滑雪板的运动状态：

根据雪场温度T、当前位置的积雪融化等级s、雪道高度h与正前方雪道长度l，通过下面公式获取预设值一F₁、预设值二F₂、预设值三a、预设值四θ

式中，k₇～k₁₃、α₄～α₉、β₄～β₉、γ₅～γ₁₀为事先标定的系数；

将操作者前脚压力与上述预设值一F₁进行比较，判断前脚压力是否达标，若二者不一致判定不达标，发出警示提示操作者前脚压力过大或过小，并控制执行机构相应减小或增大前脚区域的压力，直到前脚压力达标；

将操作者后脚压力与上述预设值二F₂进行比较，判断后脚压力是否达标，若二者不一致判定不达标，发出警示提示操作者后脚压力过大或过小，并控制执行机构相应减小或增大后脚区域的压力，直到后脚压力达标；

将操作者的加速度与上述预设值三a进行比较，判断加速度是否达标，若二者不一致判定不达标，发出警示提示操作者加速度过大或过小，并且，在过大时提示操作者横向滑行，同时控制执行机构增加后脚区域位置的压力，在过小时提示操作者纵向滑行，同时控制执行机构增加前脚区域位置的压力，直到加速度达标；

将操作者的旋转角度与上述预设值四θ进行比较，判断旋转角度是否达标，若二者不一致判定不达标，发出警示提示操作者旋转角度过大或过小，并且，在过大时提示操作者减小旋转角度，同时控制执行机构增加后脚区域位置的压力，在过小时提示操作者增大旋转角度，同时控制执行机构增加前脚区域位置的压力，直到旋转角度达标。

上述进一步改进方案的有益效果是：精准地给出前脚压力、后脚压力、加速度和旋转角度的判断指标(预设值一F₁、预设值二F₂、预设值三a、预设值四θ)，当采集获得的实际值与上述判断指标不一致时，判定不达标，通过不同的警示音或者画面、文字提醒操作者及时调整自己相应操作，并配合以装置自动控制滑雪板的运动状态(加速度、旋转角度)。通过执行机构的自动控制，实现了精准地辅助滑行。

进一步，执行机构进一步包括：

前、后固定器底座，设置于滑雪板面板上对应前、后脚区域，用于固定其上安装的伺服电机、增压缸位置；

伺服电机，用于根据MCU控制模块的控制，驱动相应伺服电机带动相应增压缸改变对应区域的压力，实现操作者前脚压力增大或减小，后脚压力增大或减小，或配合操作者的横向滑行和纵向滑行，实现加速度或旋转角度增大或减小；其中，伺服电机的输入端与MCU控制模块的输出端连接，输出端与增压缸的输入端；

增压缸，用于在相应伺服电机的驱动下，增加滑雪板对应区域的压力。

上述进一步改进方案的有益效果是：通过在固定器底座中增加伺服电机与增压缸，实现了滑雪板面板上对应前、后脚区域压力的控制，从而辅助滑雪板操作者调整滑雪状态，改变滑雪板的加速度、旋转角度。

进一步，该用于滑雪板的智能辅助装置还包括：

供电模块，用于为滑雪环境采集模块、滑雪状态监测模块、MCU控制模块、执行机构供电，若其电量过低，提示进行充电；所述供电模块分别与所述滑雪环境采集模块、滑雪状态监测模块、MCU控制模块、执行机构的供电端连接；

蓝牙模块，用于将MCU控制模块内的滑雪路线、滑雪板操作者的实时运动状态信息发送至操作者手机进行显示。

上述进一步改进方案的有益效果是：设置供电模块，实现了智能辅助装置各模块的供电，在电量不足时发出充电提示。设置蓝牙模块，将MCU控制模块获得的滑雪路线、滑雪板操作者的各实时运动状态信息直观在手机中显示，有利于提高用户体验。

进一步，所述MCU控制模块还执行如下程序判断当前滑雪路线是否适合滑行：

接收雪场温度、湿度、各个位置的雪道高度、正前方雪道长度、障碍物位置坐标，以及障碍物轮廓上各点位置信息；

将所述雪场温度、湿度、各个位置的雪道高度、正前方雪道长度、障碍物位置坐标，以及障碍物轮廓上各点位置信息输入事先训练好的向量机中，获得当前滑雪路线是否适合滑行的判断结果。

上述进一步改进方案的有益效果是：通过事先训练好的向量机，可以进一步验证当前滑雪路线是否适合滑行的判断结果。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例1用于滑雪板的智能辅助装置结构示意图；

图2为本发明实施例2用于滑雪板的智能辅助装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种用于滑雪板的智能辅助装置，如图1所示，包括滑雪环境采集模块、滑雪状态监测模块、MCU控制模块、执行机构。其中，滑雪环境采集模块、滑雪状态监测模块的输出端与MCU控制模块的输入端连接；MCU控制模块的输出端与执行机构的输入端连接。

滑雪环境采集模块，用于采集当前滑雪环境信息，发送至MCU控制模块。

滑雪状态监测模块，用于采集滑雪板操作者的实时运动状态信息，发送至MCU控制模块。

MCU控制模块，用于根据当前滑雪环境信息生成多条滑雪路线供操作者选择，根据选择的滑雪路线启动滑雪板沿所述路线运动后，根据接收的操作者的实时运动状态信息判断操作者当前动作是否达标，当未达标时提示操作者调整相应操作，并控制执行机构自动调整滑雪板的运动状态。当达标时，维持滑雪板运动状态不变。

执行机构，用于根据MCU控制模块的控制调整滑雪板的运动状态。

实施时，该智能辅助装置通过采集当前滑雪环境信息，获得适合操作者选择的多条路线，在操作者选择最适合自己的路线开始滑行后，采集操作者的运动状态，判断操作者当前动作是否达标(到位)，若操作者动作不达标，通过执行机构自动控制滑雪板的运动状态辅助操作者滑行。

与现有技术相比，本实施例提供的用于滑雪板的智能辅助装置是首次提出，该装置通过采集当前滑雪环境信息，能够自动生成适合当前滑行环境的多条路线，供操作者自由选择；滑雪开始后，通过采集滑雪板操作者的各种实时运动状态信息，对所述实时运动状态信息进行判断，精准控制调控时机，检测到实时状态信息未达标时，立即给予操作者提示，并指导操作者更加精准地调整相应动作，并通过执行调整滑雪板的运动状态配合。上述方案使得滑雪控制更加简单、易操作，并且精准。

实施例2

在实施例1的基础上进行改进，所述当前滑雪环境信息包括雪场温度(-30～0摄氏度)、湿度、各个位置的积雪融化等级(雪的质量)、雪道高度(雪的厚度)、正前方雪道长度(从当前位置至边界或者障碍物)、障碍物位置坐标(几何中心坐标)以及障碍物各部位特征信息(障碍物轮廓上各点位置信息)。

优选地，所述滑雪环境采集模块进一步包括温湿度传感器、深度摄像头、数据处理子模块。其中，温湿度传感器、深度摄像头的输出端分别与数据处理子模块的输入端连接，如图2所示。

温湿度传感器，用于采集雪场温度、湿度，发送至数据处理子模块。

深度摄像头，用于采集当前滑雪环境图像，发送至数据处理子模块。

数据处理子模块，用于对接收到的当前滑雪环境图像依次进行滤波、各个位置环境识别、障碍物识别、图像增强、障碍物轮廓特征提取，将获得的各个位置环境信息、障碍物位置坐标、各部位特征信息与接收到的雪场温度、湿度一并作为当前滑雪环境信息，发送至MCU控制模块。

优选地，所述数据处理子模块执行如下程序：

S1.接收雪场温度、湿度与当前滑雪环境图像；

S2.检测当前滑雪环境图像中的滑雪区域；

S3.对所述滑雪区域进行放大，并对该区域中的图像细节依次进行高斯低通滤波、图像锐化，获得特征增强的滑雪环境图像；

S4.对所述特征增强的滑雪环境图像进行各个位置环境识别，获得各个位置的积雪融化等级、雪道高度、正前方雪道长度，作为各个位置环境信息；其中，所述积雪融化等级可根据操作者实际需求进行设置，例如，当前位置周边区域完全融化、可看到地面设置为1级，部分看到地面设置为2～9级，看不到地面设置为10级，通过将当前图像转化成灰度图像可获得具体级别，也可以通过当前位置的色度条获得具体级别，本领域技术人员能够理解；

S5、对所述特征增强的滑雪环境图像依次进行障碍物定位以及障碍物轮廓识别，将获得的障碍物位置坐标，以及障碍物轮廓上各点位置信息作为各部位特征信息，与上述各个位置的积雪融化等级、雪道高度、正前方雪道长度、雪场温度、湿度一并作为当前滑雪环境信息，发送至数据处理子模块。

优选地，所述滑雪板操作者的实时运动状态信息包括前脚压力、后脚压力、加速度、旋转角度。

优选地，所述滑雪状态监测模块进一步包括前脚压力传感器、后脚压力传感器、加速度传感器、三轴陀螺，如图2所示。

前脚压力传感器，布设于滑雪板的前脚踩踏区域，用于采集操作者前脚对该区域施加的压力，作为操作者的前脚压力。

后脚压力传感器，布设于滑雪板的后脚踩踏区域，用于采集操作者后脚对该区域施加的压力，作为操作者的后脚压力。

加速度传感器，布设于滑雪板背面或侧面，用于采集滑雪板的实时加速度，作为操作者的加速度。

三轴陀螺，也布设于滑雪板背面或侧面，用于采集滑雪板的实时旋转角度，作为操作者的旋转角度。

优选地，MCU控制模块执行如下程序生成多条滑雪路线供操作者选择：

SS1.接收当前滑雪环境信息，包括雪场温度、湿度、各个位置的积雪融化等级、雪道高度、正前方雪道长度、障碍物位置坐标、各部位特征信息。

SS2.根据雪场温度、湿度，通过下面公式获取积雪融化标定值S、雪道高度标定值H、正前方雪道长度标定值L

式中，T为雪场温度，RH为雪场湿度，INT()为取整函数，k₁～k₆、α₁～α₃、β₁～β₃、γ₁～γ₄为事先标定的系数。

需说明的是，上述系数的标定过程可通过选取各种滑雪的条件(不同温度、湿度)下人工标定的刚适合滑雪的积雪融化等级、雪道高度、正前方雪道长度进行标定，上述积雪融化标定值S、雪道高度标定值H、正前方雪道长度标定值L为刚适合滑雪的临界值，本领域技术人员能够理解。

SS3.从滑雪环境各个位置中选取积雪融化等级大于上述标定值S、雪道高度大于上述标定值H、正前方雪道长度大于上述标定值L的所有位置，作为备选位置。

SS4.沿所述备选位置，通过避开障碍物规则生成所有可能的滑雪路线，作为备选路线；具体地，如果绕开障碍物，所述避开障碍物规则为与障碍物的距离始终大于等于预设值，如果滑雪者滑雪技术可以飞跃该障碍物时，所述避开障碍物规则为与障碍物所述超过阈值高度的点的距离始终大于等于预设值。

SS5.从上述备选路线中，选择转弯角度小于等于40°的路线作为初学者推荐路线，选择转弯角度在40°～65°的路线作为中级滑雪板操作者推荐路线，选择转弯角度大于65°的路线作为高级滑雪板操作者推荐路线，供操作者选择。如果上述各推荐路线不止一条，可选择距离最短者进行推荐。

优选地，MCU控制模块执行如下程序实现判断操作者当前动作是否达标，当未达标时提示操作者调整相应操作，并控制执行机构自动调整滑雪板的运动状态：

SS6.根据雪场温度T、当前位置的积雪融化等级s、雪道高度h与正前方雪道长度l，通过下面公式获取预设值一F₁、预设值二F₂、预设值三a、预设值四θ

式中，k₇～k₁₃、α₄～α₉、β₄～β₉、γ₅～γ₁₀为事先标定的系数。

标定过程可参见k₁～k₆、α₁～α₃、β₁～β₃、γ₁～γ₄的标定。值得注意的是，上述预设值F₁、F₂、a、θ均不考虑单位，上述预设值的实际单位与标定时数据的单位有关。

SS7.将操作者前脚压力与预设值一F₁进行比较，判断前脚压力是否达标，若二者不一致判定不达标，发出警示提示操作者前脚压力过大或过小，并控制执行机构相应减小或增大前脚区域的压力，直到前脚压力达标，达到F₁为止。

SS8.将操作者后脚压力与上述预设值二F₂进行比较，判断后脚压力是否达标，若二者不一致判定不达标，发出警示提示操作者后脚压力过大或过小，并控制执行机构相应减小或增大后脚区域的压力，直到后脚压力达标，达到F₂为止。

SS9.将操作者的加速度与上述预设值三a进行比较，判断加速度是否达标，若二者不一致判定不达标，发出警示提示操作者加速度过大或过小，并且，在过大时提示操作者横向滑行，同时控制执行机构增加后脚区域位置的压力，在过小时提示操作者纵向滑行，同时控制执行机构增加前脚区域位置的压力，直到加速度达标，达到a为止。

SS10.将操作者的旋转角度与上述预设值四θ进行比较，判断旋转角度是否达标，若二者不一致判定不达标，发出警示提示操作者旋转角度过大或过小，并且，在过大时提示操作者减小旋转角度，同时控制执行机构增加后脚区域位置的压力，在过小时提示操作者增大旋转角度，同时控制执行机构增加前脚区域位置的压力，直到旋转角度达标，达到θ为止。

优选地，所述MCU控制模块还执行如下程序判断当前滑雪路线是否适合滑行：

SSS1.接收雪场温度T、湿度TH、各个位置的雪道高度h、正前方雪道长度l、障碍物位置坐标(X,Y)，以及障碍物轮廓上各点位置信息(X_i,Y_i)；

SS2.将所述雪场温度T、湿度TH、各个位置的雪道高度h、正前方雪道长度l、障碍物位置坐标(X,Y)，以及障碍物轮廓上各点位置信息(X_i,Y_i)输入事先训练好的向量机中，获得当前滑雪路线是否适合滑行的判断结果。

依据人工标注的滑雪路线是否适合滑行的判断结果作为输出的训练数据对所述向量机进行训练，获得训练好的向量机。

执行机构进一步包括设置于滑雪板面板上前脚区域的前固定器底座和后脚区域的后固定器底座，以及每个固定器底座上固定安装的可拆卸的伺服电机、增压缸，如图2所示。

前、后固定器底座，用于固定其上安装的伺服电机、增压缸位置。

伺服电机，用于接收MCU控制模块发出的控制信号后，控制相应伺服电机驱动增压缸改变对应前脚区域和后脚区域的压力，实现操作者前脚压力增大或减小，后脚压力增大或减小；或配合操作者的横向滑行和纵向滑行，改变操作者的加速度或旋转角度。

具体地，步骤SS7～SS8中，当控制信号为操作者前脚压力增大时，伺服电机驱动增压缸增加前脚区域位置的压力，直到压力达标；当控制信号为操作者前脚压力减小时，伺服电机驱动增压缸增加后脚区域位置的压力，直到压力达标。控制信号为操作者后脚压力增大或减小的驱动方式与上述驱动方式相同。

步骤SS9中，当控制信号为减小加速度时，操作者控制滑雪板进行横向滑行，同时，伺服电机驱动增压缸增加后脚区域位置的压力辅助，直到加速度达标；当控制信号为增大加速度时，操作者控制滑雪板进行纵向滑行，同时，伺服电机驱动增压缸增加前脚区域位置的压力辅助，直到加速度达标。

步骤SS10中，当控制信号为增大旋转角度时，操作者控制滑雪板增大旋转角度，伺服电机驱动增压缸增加前脚区域位置的压力辅助，当控制信号为减小旋转角度时，操作者控制滑雪板减小旋转角度，伺服电机驱动增压缸增加后脚区域位置的压力辅助。

上述采用可拆卸的伺服电机、增压，便于更换电池，并在执行机构故障时及时更换伺服电机、增压缸，更好实现增强滑雪板操作者的滑雪乐趣的目的。

优选地，执行机构还包括设置于滑雪板面板后端的旋转电机。该执行机构通过调整旋转电机控制端位置，改变滑雪板的旋转角度，还可以实现纵向或横向滑行，实现加速度的改变。

优选地，该智能辅助装置，还包括供电模块和蓝牙模块。其中，供电模块分别与所述滑雪环境采集模块、滑雪状态监测模块、MCU控制模块、执行机构的供电端连接。蓝牙模块与MCU控制模块的数据端连接。

供电模块，用于为滑雪环境采集模块、滑雪状态监测模块、MCU控制模块、执行机构供电，若其电量过低，提示进行充电。

蓝牙模块，用于将MCU控制模块内的滑雪路线、滑雪板操作者的实时运动状态信息发送至操作者手机进行显示。

与实施例1相比，本实施例提供的装置为了获得更好的路径规划效果，设置了避开雪道上存在的障碍物，使得路径规划更加精细。并且，考虑到操作者对于加速度和旋转角度控制力度不够，增加了辅助控制(前后脚区域的增压缸自动加压)，使得滑雪控制难度大大降低，控制更加精准。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于滑雪板的智能辅助装置，其特征在于，包括：

滑雪环境采集模块，用于采集当前滑雪环境信息，发送至MCU控制模块；

滑雪状态监测模块，用于采集滑雪板操作者的实时运动状态信息，发送至MCU控制模块；

MCU控制模块，用于根据当前滑雪环境信息生成多条滑雪路线供操作者选择，根据选择的滑雪路线启动滑雪板沿所述路线运动后，根据接收的操作者的实时运动状态信息判断操作者当前动作是否达标，当未达标时提示操作者调整相应操作，并控制执行机构自动调整滑雪板的运动状态；

执行机构，用于根据MCU控制模块的控制调整滑雪板的运动状态。

2.根据权利要求1所述的用于滑雪板的智能辅助装置，其特征在于，所述滑雪环境采集模块进一步包括：

温湿度传感器，用于采集雪场温度、湿度，发送至数据处理子模块；

深度摄像头，用于采集当前滑雪环境图像，发送至数据处理子模块；

数据处理子模块，用于对接收到的当前滑雪环境图像依次进行滤波、各个位置环境识别、障碍物识别、图像增强、障碍物轮廓特征提取，将获得的各个位置环境信息、障碍物位置坐标、各部位特征信息与接收到的雪场温度、湿度一并作为当前滑雪环境信息，发送至MCU控制模块。

3.根据权利要求2所述的用于滑雪板的智能辅助装置，其特征在于，所述数据处理子模块执行如下程序：

接收雪场温度、湿度与当前滑雪环境图像；

检测当前滑雪环境图像中的滑雪区域；

对所述滑雪区域进行放大，并对该区域中的图像细节依次进行高斯低通滤波、图像锐化，获得特征增强的滑雪环境图像；

对所述特征增强的滑雪环境图像进行各个位置环境识别，获得各个位置的积雪融化等级、雪道高度、正前方雪道长度，作为所述各个位置环境信息；

对所述特征增强的滑雪环境图像进行障碍物定位以及障碍物轮廓识别，将获得的障碍物位置坐标，以及障碍物轮廓上各点位置信息作为各部位特征信息，与上述各个位置的积雪融化等级、雪道高度、正前方雪道长度、雪场温度、湿度一并作为当前滑雪环境信息，发送至数据处理子模块。

4.根据权利要求1-3之一所述的用于滑雪板的智能辅助装置，其特征在于，所述滑雪板操作者的实时运动状态信息包括前脚压力、后脚压力、加速度、旋转角度。

5.根据权利要求4所述的用于滑雪板的智能辅助装置，其特征在于，所述滑雪状态监测模块进一步包括：

前脚压力传感器，布设于滑雪板的前脚踩踏区域，用于采集操作者前脚对该区域施加的压力，作为操作者的前脚压力；

后脚压力传感器，布设于滑雪板的后脚踩踏区域，用于采集操作者后脚对该区域施加的压力，作为操作者的后脚压力；

加速度传感器，布设于滑雪板背面或侧面，用于采集滑雪板的实时加速度，作为操作者的加速度；

三轴陀螺，也布设于滑雪板背面或侧面，用于采集滑雪板的实时旋转角度，作为操作者的旋转角度。

6.根据权利要求1-3之一所述的用于滑雪板的智能辅助装置，其特征在于，所述MCU控制模块执行如下程序生成多条滑雪路线供操作者选择：

接收当前滑雪环境信息，包括雪场温度、湿度、各个位置的积雪融化等级、雪道高度、正前方雪道长度、障碍物位置坐标以及各部位特征信息；

根据雪场温度、湿度，通过下面公式获取积雪融化标定值S、雪道高度标定值H、正前方雪道长度标定值L

式中，T为雪场温度，RH为雪场湿度，INT()为取整函数，k₁～k₆、α₁～α₃、β₁～β₃、γ₁～γ₄为事先标定的系数；

从滑雪环境各个位置中选取积雪融化等级大于上述标定值S、雪道高度大于上述标定值H、正前方雪道长度大于上述标定值L的中所有位置，作为备选位置；

沿所述备选位置，通过避开障碍物规则生成所有可能的滑雪路线，作为备选路线；所述避开障碍物规则为与障碍物的距离始终大于等于预设值；

从上述备选路线中选择转弯角度小于等于40°的路线作为初学者推荐路线，选择转弯角度在40°～65°的路线作为中级滑雪板操作者推荐路线，选择转弯角度大于65°的路线作为高级滑雪板操作者推荐路线，供操作者选择。

7.根据权利要求6所述的用于滑雪板的智能辅助装置，其特征在于，所述MCU控制模块执行如下程序实现判断操作者当前动作是否达标，当未达标时提示操作者调整相应操作，并控制执行机构自动调整滑雪板的运动状态：

根据雪场温度T、当前位置的积雪融化等级s、雪道高度h与正前方雪道长度l，通过下面公式获取预设值一F₁、预设值二F₂、预设值三a、预设值四θ

式中，k₇～k₁₃、α₄～α₉、β₄～β₉、γ₅～γ₁₀为事先标定的系数；

将操作者前脚压力与上述预设值一F₁进行比较，判断前脚压力是否达标，若二者不一致判定不达标，发出警示提示操作者前脚压力过大或过小，并控制执行机构相应减小或增大前脚区域的压力，直到前脚压力达标；

将操作者后脚压力与上述预设值二F₂进行比较，判断后脚压力是否达标，若二者不一致判定不达标，发出警示提示操作者后脚压力过大或过小，并控制执行机构相应减小或增大后脚区域的压力，直到后脚压力达标；

将操作者的加速度与上述预设值三a进行比较，判断加速度是否达标，若二者不一致判定不达标，发出警示提示操作者加速度过大或过小，并且，在过大时提示操作者横向滑行，同时控制执行机构增加后脚区域位置的压力，在过小时提示操作者纵向滑行，同时控制执行机构增加前脚区域位置的压力，直到加速度达标；

将操作者的旋转角度与上述预设值四θ进行比较，判断旋转角度是否达标，若二者不一致判定不达标，发出警示提示操作者旋转角度过大或过小，并且，在过大时提示操作者减小旋转角度，同时控制执行机构增加后脚区域位置的压力，在过小时提示操作者增大旋转角度，同时控制执行机构增加前脚区域位置的压力，直到旋转角度达标。

8.根据权利要求7所述的用于滑雪板的智能辅助装置，其特征在于，执行机构进一步包括：

前、后固定器底座，设置于滑雪板面板上对应前、后脚区域，用于固定其上安装的伺服电机、增压缸位置；

伺服电机，用于根据MCU控制模块的控制，驱动相应伺服电机带动相应增压缸改变对应区域的压力，实现操作者前脚压力增大或减小，后脚压力增大或减小，或配合操作者的横向滑行和纵向滑行，实现加速度或旋转角度增大或减小；其中，伺服电机的输入端与MCU控制模块的输出端连接，输出端与增压缸的输入端；

增压缸，用于在相应伺服电机的驱动下，增加滑雪板对应区域的压力。

9.根据权利要求1-3、5、7-8之一所述的用于滑雪板的智能辅助装置，其特征在于，该装置还包括：

供电模块，用于为滑雪环境采集模块、滑雪状态监测模块、MCU控制模块、执行机构供电，若其电量过低，提示进行充电；所述供电模块分别与所述滑雪环境采集模块、滑雪状态监测模块、MCU控制模块、执行机构的供电端连接；

蓝牙模块，用于将MCU控制模块内的滑雪路线、滑雪板操作者的实时运动状态信息发送至操作者手机进行显示。

10.根据权利要求1-3、5、7-8之一所述的用于滑雪板的智能辅助装置，其特征在于，所述MCU控制模块还执行如下程序判断当前滑雪路线是否适合滑行：

接收雪场温度、湿度、各个位置的雪道高度、正前方雪道长度、障碍物位置坐标，以及障碍物轮廓上各点位置信息；

将所述雪场温度、湿度、各个位置的雪道高度、正前方雪道长度、障碍物位置坐标，以及障碍物轮廓上各点位置信息输入事先训练好的向量机中，获得当前滑雪路线是否适合滑行的判断结果。

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