隨著我國冰雪運動的蓬勃發(fā)展和2022年北京冬季奧運會的成功申辦，冰雪運動生物力學和冰雪機器人的研究越來越受關注.首先，介紹冰雪環(huán)境下摩擦力學的基本理論，進一步，對比不同變量對摩擦系數的影響；其次，討論冰雪運動中空氣阻力的成因，并分析潛在的減阻機制；再次，介紹研究中常用的測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；最后，回顧冰雪機器人的研究進展，分析冰雪機器人研究領域的技術挑戰(zhàn)，展望冰雪機器人未來的研究思路.

基于視頻的三維運動學重建的過程

隨著2022年北京冬季奧運會申辦成功，我國冰雪運動呈現蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。冰雪運動生物力學通過研究人體參加冰雪運動的力學規(guī)律，能揭示出冰雪運動發(fā)生的內在機制，建立正確的技術模式，從而為運動員技術診斷和訓練改進提供理論依據。

冰雪運動生物力學研究及典型冰雪機器人一覽

本文首先回顧了冰雪環(huán)境下的三種摩擦理論, 然后概述了冰雪運動中空氣阻力的形成因素, 并從形阻、運動學因素和表面阻力三個方面探討了減阻機制.接著按照運動學數據和動力學數據總結了冰雪運動生物力學中常見的測量手段.在此基礎上, 介紹了數學建模的研究現狀, 這一方面的研究較為豐富, 模型從一維到三維, 針對場景從滑雪到滑冰都有所涉獵.本文最后綜述了冰雪機器人的研究現狀, 并對其中的關鍵技術問題作了分析, 討論了可能的研究方向.

多年以來, 以人為研究對象的冰雪運動生物力學在減阻測量和建模等方面積累了大量成果, 反觀冰雪環(huán)境下的雙足機器人研究一直處于一個相對空白狀態(tài), 與普通雙足機器人快速發(fā)展形成鮮明對比.借助于冰雪運動生物力學的研究方法和既有結論, 可以深入探索類人機器人在高速、高機動狀態(tài)下的環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、運動控制等機理, 評估其穩(wěn)定性、魯棒性、泛化性, 這些都是普通類人機器人平臺難以實現的.此外, 冰雪機器人的研究不僅促進冰雪運動的發(fā)展, 順應了冰雪運動在我國正越來越受關注的趨勢, 而且為極端冰雪條件下機器人的任務執(zhí)行(如科學考察、軍事作戰(zhàn)等)提供基礎理論與技術支撐, 助力極地強國建設.