CN114589693A - 一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人。

背景技术

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。

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。

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。

为解决上述技术问题，本发明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；

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；所述测速模块包括放置在支撑机构外表面的两个激光雷达。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。本发明的测量机器人便携、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

图1为本发明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；

图2为本发明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；

图3为本发明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；

图4为本发明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；

图5为本发明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；

图6为本发明实施例提供的上位机内置Qt测量软件的UI界面图。

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、倾角传感器；10、碳纤维板；11、托盘；12、小钣金件；13、拉力传感器；14、柔性钢丝绳；15、直线轴承；16、直线光轴；17、砝码。

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，一种滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人，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；

所述机械系统如图2所示，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9、IMU、拉力传感器13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9与下位机连接，拉力传感器13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。

所述动力机构包括放置在电机架内的步进电机1和电机驱动器，电机架设置在支撑机构外表面；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。本实施例中，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。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，同时倾角传感器和拉力传感器13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动摩擦系数。

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13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。

所述支撑机构为由铝型材框架6和碳纤维板10组成的两层长方体箱体，使测量机器人整体轻便，方便携带；碳纤维板10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。

本实施例中，滑雪板与运动员模拟结构包括托盘11和砝码17，托盘11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，砝码17设置在托盘上，用于模拟滑雪板上的运动员。

所述传动机构如图2所示，包括联轴器、滚珠丝杠8、直线滑块2、大钣金5、直线轴承15、直线光轴16、直线导轨3、光轴支撑架7和小钣金件12，实现传动功能；步进电机1通过联轴器与滚珠丝杠8联接实现滚珠丝杠8的转动，直线滑块2安装于滚珠丝杠8上，滚珠丝杠8转动时驱动直线滑块2前后移动，直线光轴16安装在滚珠丝杠8的下侧，直线轴承15穿过直线光轴16，直线光轴16通过与光轴支撑架7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2通过大钣金5带动直线轴承16运动。步进电机1通过联轴器带动滚珠丝杠8运动，从而带动直线滑块2在直线导轨上3滑动，直线导轨3起到导向作用；将大钣金件5通过螺栓连接与直线滑块2进行固定，保证连接的紧密性；光轴支撑架7通过螺栓连接固定在支撑机构的铝型材上，直线轴承15穿过直线光轴16通过与光轴支撑架7的连接起到导向作用；大钣金件5的滑动带动直线轴承15在直线光轴16上滑动，将小钣金件12与直线轴承15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15带动小钣金件12共同运动；将小钣金件12与拉力传感器13进行刚性连接，并使拉力传感器13连接在小钣金件12表面，保证拉力传感器13不受到向下的力，保证了测量的精确性；而拉力传感器13与托盘11通过柔性钢丝绳14进行连接，在小钣金带动拉力传感器13进行运动时，拉力传感器13通过柔性钢丝绳14带动放置着砝码17的托盘11进行运动，进而通过拉力传感器13采集到托盘所受的拉力数据。

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。

本实施例中，上位机内置算法基于如图3所示基本原理，通过以下公式计算得到雪面摩擦系数：

G＝mg

Ff＝μmgcosα

Fn＝mgcosα

Ft＝mgsinα+μmgcosα

其中，μ为托盘与雪面接触摩擦系数，m为托盘与砝码的总质量，g为重力加速度，α为雪面的倾角，Ft为托盘所受的拉力，G为重力，Ff为托盘与雪面间的摩擦力，Fn为雪面所受的总支持力。

本实例中，测量机器人的动力由步进电机1提供，步进电机1作为传动机构的动力源固定在电机架4上，由步进电机1直接为传动机构提供动力，通过上位机控制步进电机1的正转与反转可以控制滚珠丝杠8的运动方向。

本实施例中，测量机器人各电气器件和控制元件的电路连接关系如图4所示，其中：

控制系统中下位机为Arduino Uno，上位机为RaspberryPi 4B。两个激光雷达型号均为TF02-Pro，风向风速传感器型号为CVT-601，温度湿度传感器型号为HMP60，倾角传感器型号为BWM410，信号放大器型号为LH-FD-1K，拉力传感器型号为LSB201。

步进电机1通过步进电机驱动器的控制来实现运转，步进电机驱动器使用24V电源供电，步进电机驱动器采用共阴极接法与树莓派相连，其中，PUL-和DIR-引脚与树莓派GND引脚相连，PUL+和DIR+引脚分别与树莓派的GPIO.0、GPIO.2引脚相连。

LSB201拉力传感器通过螺丝与托盘连接在一起，当托盘移动可测出托盘所受的拉力。拉力传感器的电源和GND引脚分别与LH-FD-1K信号放大器的电源和GND引脚相连，然后分别连接在12V电源的电源正和电源负引脚上。拉力传感器的SIG+和SIG-引脚分别与信号放大器输入端的SIG+和SIG-引脚相连，信号放大器输出端的SIG+和SIG-分别与下位机Arduino Uno的A5和GND引脚相连，用来采集托盘所受的拉力。

风向风速传感器CVT-601可同时测量当前环境下的风向和风速。风向风速传感器的VCC和GND引脚分别与24V电源正和电源负引脚相连，OUT2引脚与下位机Arduino Uno的A4引脚相连，用来采集风向信号，OUT1引脚与下位机Arduino Uno的A3引脚连接，用来采集风速信号。

HMP60温湿度传感器可同时测量当前环境下的温度和湿度。温湿度传感器的VCC和GND引脚分别与24V电源正和电源负引脚相连，OUT1引脚与下位机Arduino Uno的A2引脚连接，用来采集温度信号，OUT2引脚与下位机Arduino Uno的A1引脚连接，用来采集湿度信号。

BWM410单轴倾角传感器的VCC和GND引脚分别12V电源的电源正和电源负引脚相连。OUT引脚与下位机Arduino Uno的A0引脚相连，用来采集当前雪面的倾角。

本实施例中，测量机器人通过设置在支持机构外表面的两个激光雷达，测量运动员通过该机器人所在位置时的平均速度。两个TF02-Pro激光雷达的VCC和GND引脚分别与树莓派的5V和GND引脚相连。第一个激光雷达的TX引脚与树莓派的MOSI引脚相连，第二个激光雷达的TX引脚与树莓派的GPIO.21引脚相连，用来采集激光雷达的信号。

本实施例中，供电模块采用耐杰12V锂电池和弘孚24V动力锂电池，其电池容量分别是5.6AH和15AH。其中，24V电池给步进电机，风向风速传感器和温湿度传感器供电，12V电池给倾角传感器、拉力传感器和信号放大器供电。

本实施例中，上位机树莓派与下位机Arduino Uno通过USB相连，Arduino Uno通过串口将采集到的传感器数据发送到上位机，上位机树莓派通过串口给下位机发送指令。下位机接收到上位机指令“l”时读取拉力传感器的数据，并将数据传给上位机；下位机接收到指令“f”时，读取风向风速传感器的数据，并将数据传给上位机；下位机接收到指令“w”时，读取温度湿度传感器数据，将数据传给上位机；下位机接收到指令“a”时，读取倾角传感器数据，并将数据传给上位机。

当滑雪运动员通过滑雪板与雪面间平动摩擦系数测量机器人时，会依次触发两个激光雷达，第一个激光雷达的激光照射到运动员身上时上位机会马上记录此时的时间，第二个激光雷达照射到运动员身上时上位机也会记录此时的时间。在收到两个激光雷达的时间数据之后，上位机计算出两个激光雷达触发的时间差。本实施例中，两个激光雷达之间的安装距离固定值为60厘米，树莓派对数据进行处理便可得到滑雪运动员通过测量机器人时的平均速度v，如下公式所示：

其中，△t为两个激光雷达触发的时间差，△r为两个激光雷达的距离差，速度单位是米/秒。

本实施例中，在打开激光雷达传感器的串口后，每经过一个运动员之后在上位机UI界面上出现一个速度值。本实施例中，经过在滑雪场中不断地测量数据，得出在滑雪过程中运动员的速度在10米/秒左右。相比较于其他测量运动员速度的设备，该机器人测量具有安全的特点。其他测量运动员速度的设备测量时，测量人员会站在运动员的正前方手拿测量设备对准运动员，当运动员靠近时马上闪躲开，若躲闪不及会撞在一起，十分危险，而该设备不需要放在运动员正前方也不需要人拿着，只需要放在雪地上就可测量出运动员的速度值。同时该激光雷达传感器具有耐受低温的特点，在零下30℃可正常工作，解决了其他设备的不耐低温的缺点。

本实施例中，开始测量滑雪板与雪面间平动摩擦系数时，上位机给步进电机驱动器发送信号，步进电机驱动器驱动步进电机运转。步进在运转时是匀速运转的，因此步进电机带动托盘及砝码匀速运动，此时拉力传感器得到的拉力便是托盘及砝码所受摩擦力。在测量过程中，下位机实时采集风向风速传感器、温湿度传感器、倾角传感器的数据，并将数据通过串口传给上位机。

本实施例中，机器人进行测量工作时，如图5所示，通过点击上位机中测量软件的UI界面中的按钮对机械系统进行控制，步进电机1为机械系统动力源，经过联轴器、滚珠丝杠8、直线滑块2、柔性钢丝绳14等带动托盘匀速运动，与雪面进行接触摩擦。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、IMU、拉力传感器13、倾角传感器9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，对雪面摩擦系数进行计算，并将计算结果和风速、风向、温湿度的值显示在UI界面上，至此完成整个测量过程。

本实施例中，上位机内置Qt测量软件在树莓派上的集成开发环境Qt Creator进行开发，包括三部分，分别为：UI界面、控制代码、模型代码，其中UI界面为人机交互界面，控制代码实现对界面元素(按钮，显示图框等)的编辑和控制，模型代码主要实现与传感器的通讯和数据处理。

本实施例中，UI界面如图6所示，各按钮具体实现的功能为：

1.按钮“打开串口”：连接树莓派与Arduino，实现串口通讯，点击按钮后，启动步进电机、获取温湿度、获取风速风向、获取倾角、获取拉力的按钮才能使用。

2.按钮“获取温湿度”：通过标志位“w”读取下位机中通过温湿度传感器测量的数据，再通过对应的槽函数，发送给上位机，在显示框显示。

3.按钮“风速风向”：通过标志位“f”读取下位机中通过风速风向传感器测量的数据，再通过对应的槽函数，发送给上位机，在显示框显示。

4.按钮“获取速度”：连接树莓派与两个激光雷达，使用UART技术使激光雷达与上位机实现串口通讯，读取激光雷达触发的时间数据，通过计算得出最终的速度值，再通过对应的槽函数，发送给上位机，在显示框显示。

5.按钮“获取倾角”：通过标志位“a”读取下位机中通过倾角传感器测量的数据，再通过对应的槽函数，发送给上位机，在显示框显示。

6.按钮“海拔高度”：连接树莓派与IMU，IMU通过USB实现与树莓派上实现串口通讯，读取通过IMU测量的十六进制高度数据，将十六进制数据转换成十进制数据，再通过对应的槽函数，发送给上位机，在显示框显示。

7.按钮“获取拉力”：通过标志位“l”读取下位机中通过拉力传感器测量的拉力数据，再通过对应的槽函数，发送给上位机，在显示框显示。

8.按钮“启动电机”：按钮触发信号，通过对应的槽函数，使用脉冲信号启动步进电机，实现步进电机正反转运动。同时步进电机在拉托盘运动的过程中，拉力传感器通过下位机向上位机发送拉力值数据，上位机通过容器储存这些数据。托盘和砝码往复运动完成后，上位机通过归一化算法处理这些拉力值数据，最终得出一个的雪面摩擦系数值。

9.按钮“校准数据”：按钮触发信号，将多次启动步进电机后得出的摩擦系数数据进行处理得出校准数据即校准后的摩擦系数值，将校准数据通过对应的槽函数，发送给上位机，在显示框显示。

10.按钮“校准清零”：按钮触发信号，将校准数据进行清零，每次换位置测量摩擦系数时需要用校准清零。

11.按钮“最终数据”：按钮触发信号，将校准数据后的摩擦系数的值与每次启动步进电机得出的值进行处理后得出最终的摩擦系数值。将校准数据通过对应的槽函数，发送给上位机，在显示框显示。

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 (10)

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系数测量机器人，其特征在于：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。

7.根据权利要求6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。

8.根据权利要求7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。

9.根据权利要求8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。

10.根据权利要求9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。

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