隨著我國(guó)冰雪運(yùn)動(dòng)的蓬勃發(fā)展和2022年北京冬季奧運(yùn)會(huì)的成功申辦，冰雪運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)和冰雪機(jī)器人的研究越來(lái)越受關(guān)注.首先，介紹冰雪環(huán)境下摩擦力學(xué)的基本理論，進(jìn)一步，對(duì)比不同變量對(duì)摩擦系數(shù)的影響；其次，討論冰雪運(yùn)動(dòng)中空氣阻力的成因，并分析潛在的減阻機(jī)制；再次，介紹研究中常用的測(cè)量手段和不同維度的建模方法，闡明各類手段和方法的優(yōu)缺點(diǎn)；最后，回顧冰雪機(jī)器人的研究進(jìn)展，分析冰雪機(jī)器人研究領(lǐng)域的技術(shù)挑戰(zhàn)，展望冰雪機(jī)器人未來(lái)的研究思路.

基于視頻的三維運(yùn)動(dòng)學(xué)重建的過(guò)程

隨著2022年北京冬季奧運(yùn)會(huì)申辦成功，我國(guó)冰雪運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。冰雪運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)通過(guò)研究人體參加冰雪運(yùn)動(dòng)的力學(xué)規(guī)律，能揭示出冰雪運(yùn)動(dòng)發(fā)生的內(nèi)在機(jī)制，建立正確的技術(shù)模式，從而為運(yùn)動(dòng)員技術(shù)診斷和訓(xùn)練改進(jìn)提供理論依據(jù)。

冰雪運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究及典型冰雪機(jī)器人一覽

本文首先回顧了冰雪環(huán)境下的三種摩擦理論, 然后概述了冰雪運(yùn)動(dòng)中空氣阻力的形成因素, 并從形阻、運(yùn)動(dòng)學(xué)因素和表面阻力三個(gè)方面探討了減阻機(jī)制.接著按照運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)總結(jié)了冰雪運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中常見(jiàn)的測(cè)量手段.在此基礎(chǔ)上, 介紹了數(shù)學(xué)建模的研究現(xiàn)狀, 這一方面的研究較為豐富, 模型從一維到三維, 針對(duì)場(chǎng)景從滑雪到滑冰都有所涉獵.本文最后綜述了冰雪機(jī)器人的研究現(xiàn)狀, 并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題作了分析, 討論了可能的研究方向.

多年以來(lái), 以人為研究對(duì)象的冰雪運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在減阻測(cè)量和建模等方面積累了大量成果, 反觀冰雪環(huán)境下的雙足機(jī)器人研究一直處于一個(gè)相對(duì)空白狀態(tài), 與普通雙足機(jī)器人快速發(fā)展形成鮮明對(duì)比.借助于冰雪運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的研究方法和既有結(jié)論, 可以深入探索類人機(jī)器人在高速、高機(jī)動(dòng)狀態(tài)下的環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)控制等機(jī)理, 評(píng)估其穩(wěn)定性、魯棒性、泛化性, 這些都是普通類人機(jī)器人平臺(tái)難以實(shí)現(xiàn)的.此外, 冰雪機(jī)器人的研究不僅促進(jìn)冰雪運(yùn)動(dòng)的發(fā)展, 順應(yīng)了冰雪運(yùn)動(dòng)在我國(guó)正越來(lái)越受關(guān)注的趨勢(shì), 而且為極端冰雪條件下機(jī)器人的任務(wù)執(zhí)行(如科學(xué)考察、軍事作戰(zhàn)等)提供基礎(chǔ)理論與技術(shù)支撐, 助力極地強(qiáng)國(guó)建設(shè).