CN100588059C - 使用带电射弹的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于使目标无法运动的装置(100)包括在装置与目标接触之后展开的电极(514、504)。展开的电极(514、504)的间距可以更精确和/或更可重复，以便更有效地递送制动刺激信号。另一方面，一种用于对目标进行制动的方法包括：提供包括第一电极、第二电极、信号生成器以及展开第二电极的电极展开装置的设备；约束第二电极相对于第一电极的运动；在第一电极与目标接触之后去除对第二电极相对于第一电极的运动的约束，以使得第二电极开始离开目标而运动，以便在和第一电极与目标接触处相距某个距离处与目标接触；以及经由信号生成器、第一电极和第二电极提供刺激信号。本发明还提供对目标进行制动的设备、包括该设备的射弹、对目标进行制动的系统。

Description

使用带电射弹的系统和方法

与相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求Patrick Smith等人2003年10月7日递交的共同未决的美国申请序列号60/509,577的优先权。

政府许可权

本发明可能部分是联系美国政府赞助研究而得出的。因此，按照Office of Naval Research所授予的合同No.N00014-02-C-0059的条款规定，美国政府拥有本发明的已付清许可以及在有限情况下要求专利所有人就合理条款许可他人的权利。

背景技术

本发明的实施例一般地涉及利用带电射弹(projectile)来降低人或动物的活动性的系统和方法。

递送带电射弹的武器已被用于自卫和执法，其中被射弹冲击的目标是人类或动物。这种武器中的一种传统种类包括Cover的美国专利3,803,463和4,253,132中描述的那种类型的传导能量武器。传导能量武器一般从手持式设备发射两枚射弹到约15英尺的射程，以向目标递送刺激信号。射弹通过两根绝缘的细金属线系缚到手持式设备中的电源。系缚的射弹也被称为镖箭(dart)。

包括一系列电压相对较高的脉冲的刺激信号经过金属线被递送到目标中，从而导致目标疼痛。在刺激信号被递送时，高阻抗缝隙(例如空气或衣物)可能存在于射弹的电极和目标的导电组织之间。刺激信号通常包括电压相对较高(例如50,000伏特)的信号，以电离跨越这种达2英寸的缝隙的路径。结果，刺激信号可能被传导经过目标的组织，而无需将射弹穿透到组织中。Cover所描述的那种类型的刺激信号的有效性是有限的。例如，测试表明大多数被给予一项物理运动任务以在被射弹冲击并经历相对较高的电压期间或之后执行该任务(例如与装备有该武器的人搏斗)的人类目标都能完成该任务。

传统的使用火药推进物的传导能量武器的应用有限。这些武器被归类为枪支，并且在美国是严重受限的，从而严重限制了它们的可销售性。

其他的被称为眩晕枪的传统能量武器省略了射弹并且在目标位于武器很接近时递送本质上相同的刺激信号。这些武器的应用有限，因为很接近一般会降低配备有武器的人的安全性。

另一种未被归类为枪支的传统的传导能量武器使用压缩空气来推进射弹，例如Cover的美国专利5,078,117中所描述。该推进系统使用相对较小的起爆器，该起爆器被武器中的电荷引爆。引爆迫使压缩气体(例如氮气)的圆筒去往刺破设备之上，以释放一定量的压缩氮气，这些压缩氮气将射弹推出武器。

最近，能量相对较高的波形被用在了传导能量武器中。该波形是根据利用被麻醉的猪来测量哺乳动物对能量武器的刺激的肌肉响应的研究而开发的。利用能量较高的波形的设备被称为电肌肉破坏(EMD)设备，并且一般具有2001年12月12日递交的Patrick Smith的美国专利申请10/016,082中描述的类型，这里通过引用将该申请结合进来。施加到动物的骨骼肌的EMD波形一般导致该骨骼肌剧烈收缩。EMD波形显然超越了目标的神经系统的肌肉控制，从而导致骨骼肌不自主地锁紧，并且可能造成目标完全无法运动。不幸的是，能量相对较高的EMD波形一般是从功率容量较高的能量源产生的。例如，这种类型的武器可以包括8个AA大小的1.5伏特电池、大容量电容器以及变压器，以向被系缚着的射弹(例如镖箭)生成26瓦特的EMD输出。

2003年2月11日递交的Magne Nerheim的美国专利申请10/447,447中描述的那种类型的双脉冲波形提供了电压相对较高、电流强度较低的脉冲(以形成经过缝隙的电弧，如上所述)，之后是电压相对较低、电流强度较高的脉冲(以刺激目标)。可以用比EMD波形少80％的功率来实现对骨骼肌的作用，如上所述。

传统的传导能量武器用来实现两个电极的有效分离以通过经过电极之间的电流来刺激目标的射程是有限的。在一种传统武器中，各具有一个电极的两个射弹被以8度的分离角度从相同弹盒发射出。较上方的射弹沿武器的瞄准线被发射。较低的射弹以8度的下倾角被发射。这个角度在飞行期间使电极分离。在21英寸的射程上，底部的电极将会在比顶部电极接触点低约3英寸处与目标接触。

在McNulty的美国专利号6,575,073所描述的系统中提供了一致的电极分离，而不论手持式设备与目标之间的距离如何。其中，携带第一电极的较大的射弹包括射程传感器。在与目标相距某个感测到的距离处，较大的射弹发射携带第二电极的较小的射弹。从而导致了较高的成本和较低的可靠性。射程感测系统可能由于具有狭窄的视野而发生故障，例如这种情况：设备可能以这样的一个斜角碰撞目标，该斜角使得射程传感器在已经靠目标很近以至于不能有效展开第二电极之前无法有效地感测目标。或者，如果是以使得射弹在去到目标的路线中必须靠近地经过障碍物的方向发射设备的，则射程传感器可能检测到与其弹道紧邻的物体，并过早地发射第二电极，从而导致第二电极未能击中目标。

在Ragner的美国专利5,698,815中描述了系缚在一起的电极阵列。这种阵列在飞行时本来从空气动力学而言就是不稳定的。利用这种阵列命中目标的精确度低于利用上述其他技术的。

没有本发明的系统和方法，就不能为能量武器实现成本、可靠性、射程和有效性的进一步改善。能量武器的应用仍将有限，从而妨碍了执法并无法向个人提供增强的自卫。

发明内容

根据本发明的不同方面，用于对目标进行制动的装置包括在该装置与目标接触之后展开的电极。展开的电极的间距可以更精确和/或更可重复，以便更有效地递送制动刺激信号。

在另一种实现方式中，用于对目标进行制动的系统包括发射设备和射弹。该射弹未被系缚到发射设备。射弹在射弹与目标接触之后展开电极。通过在接触之后展开电极，电极之间的距离对从发射设备到目标的射程的依赖性更小。因此，不同射程处的目标接收更统一的刺激。由于根据实现方式的各种组合中包括更低成本、更低复杂性、更高可靠性、更大的射程和精度以及有效性的在内的不同方面，利用本发明射弹、方法和系统可以实现能量武器的大量应用。

根据本发明的一个方面，一种用于对目标进行制动的方法包括：(a)提供包括第一电极、第二电极、信号生成器以及展开第二电极的电极展开装置的设备；(b)约束第二电极相对于第一电极的运动；(c)在第一电极与目标接触之后去除对第二电极相对于第一电极的运动的约束，以使得第二电极最初远离目标运动，以便在和第一电极与目标接触处相距某个距离处与目标接触；以及(d)经由信号生成器、第一电极和第二电极提供刺激信号。

根据本发明的另一方面，一种用于对目标进行制动的设备包括：第一电极；第二电极；用于远离所述第一电极而展开所述第二电极的装置；以及用于在包括所述第一电极和所述第二电极的电路中生成刺激信号的装置，其中，所述用于远离所述第一电极而展开所述第二电极的装置包括：用于约束所述第二电极相对于所述第一电极的运动的装置；以及用于在所述第一电极与所述目标接触之后去除对所述第二电极相对于所述第一电极的约束，以使得所述第二电极开始离开所述目标而运动，以便在和所述第一电极与所述目标接触处相距某个距离处与所述目标接触的装置。

根据本发明的另一方面，一种用于对目标进行制动的设备包括：第一和第二部分。第一部分包括用于与目标接触的第一电极。第二部分包括用于与目标接触的第二电极和维持第一部分和第二部分之间的电通信的系缚装置。该设备还包括：信号生成器，该信号生成器经由第一电极和第二电极提供刺激信号以对目标进行制动；以及耦合装置，该耦合装置将第一部分耦合到第二部分以将制动设备作为一个单元运输，并且在第一部分与目标接触之后从第一部分中释放第二部分，以便第二部分远离目标运动，以在与第一电极相距某个距离处展开第二电极。

根据本发明的另一方面，一种射弹包括根据以上两个方面中任一的用于对目标进行制动的设备。

根据本发明的另一方面，一种用于对目标进行制动的系统包括：根据上述方面的射弹；以及用于朝向目标推进所述射弹的装置。

附图说明

现将参考附图进一步描述本发明的实施例，附图类似的标号表示类似的元件，其中：

图1是根据本发明的不同方面的使用带电实施例的系统的功能性框图；

图2A是用于图1的系统中的处于装填配置中的射弹的截面侧视图；

图2B是图2A的射弹在图2A中标识的平面A-A处的截面图。

图2C是图2A的射弹处于飞行中配置中时的后端视图；

图2D是图2C的射弹的截面侧视图；

图3是图2的射弹携带的电极的透视图；

图4A是与目标接触时图2的射弹的截面图；

图4B是展开电极之后图2的射弹的截面图；

图5A是用于图1的系统中的处于装填配置中的射弹的截面侧视图；

图5B是图5A的射弹的翼片装配铰链的平面图；

图5C是图5A中的射弹处于飞行中配置中时的后端视图；

图5D是图5C的射弹的截面侧视图；

图6A是与目标接触时图5的射弹的截面图；

图6B是展开电极之后图5的射弹的截面图；

图7A是用于图1的系统中的处于飞行中配置中的射弹的截面侧视图；

图7B是图7A的射弹的截面侧视图；

图C是图7A的射弹在图7B中标识的平面B-B处的截面图；

图8是在展开电极之后图7的射弹的截面侧视图；

图9A是根据本发明的不同方面的射弹电极碰撞和展开之后目标上的某些点的平面图；以及

图9B是根据本发明的不同方面的射弹电极碰撞和展开之后目标上的某些点的平面图.

本领域的普通技术人员将会意识到为了呈现清楚起见，附图的某些部分不是按比例示出的。

具体实施方式

根据本发明的不同方面的系统向动物递送刺激信号以使动物(例如人类)无法运动。制动适合是暂时性的，例如为了使动物免遭危险，或者为了阻挠动物的动作，以便对活动性施加更永久的限制。电极可能通过动物本身的动作(例如动物朝向电极运动)、通过朝向动物推进电极(例如电极是带电射弹的一部分)、通过展开机构和/或通过重力而与动物接触。例如，图1-9的系统100包括发射设备102和弹盒104。弹盒104包括电源112、瞄准装置114和推进装置116。推进装置116包括推进激活器118和推进物120。在备选实现方式中，推进物120是弹盒104的一部分。

在发射设备104的制造和操作中可采用任何传统材料和技术。例如，电源112可以包括一个或多个可再充电电池，瞄准装置114可包括激光枪瞄准器，推进激活器118可包括在某些方面与手枪的板机类似的机械触发器，推进物120可包括压缩的氮气。在操作中，弹盒104被安放在发射设备102之上或之中，用户的手动操作导致携带电极的射弹被从发射设备102推出，并朝向目标(例如动物，如人类)，并且在电极与目标电耦合之后，刺激信号被递送经过目标组织的一部分。在一种实现方式中，发射设备是手持式的，并且可以以与常规手枪类似的方式操作。

弹盒104包括具有电源134、波形生成器136和电极展开装置138的射弹132。电极展开装置138包括展开激活器140和一个或多个电极142。电源134可以包括为了相对较高的能量输出对体积比率而选择的任何传统电池。波形生成器136接收来自电源134的电力，并且利用传统电路生成刺激信号。

刺激信号被递送到一个电路中，该电路是通过经由电极穿过目标的路径完成的。电源134、波形生成器136和电极142合作，以形成刺激信号递送电路，该电路还可包括不由展开激活器142展开的一个或多个附加电极(例如通过射弹132的碰撞而放置)。

射弹132可包括一个主体，该主体具有隔间或其他结构，用于安放电源134、用于波形生成器136的电路组合件以及电极展开装置138。该主体可以形成为传统弹道学形状(例如湿润空气动力形式)。

电极展开装置包括任何使电极从装填(stowed)配置移动到展开(deployed)配置的机构。例如，在电极142是被推动经过空气到达目标的射弹的一部分的实现方式中，装填配置为射弹的精确行进提供了空气动力稳定性。展开配置经由刺穿组织直接完成刺激信号递送电路，或经由进入组织中的电弧而间接完成刺激信号递送电路。已发现约7英寸的间距比约1.5英寸的间距更有效；并且较长的间距可能也是适用的，例如一个电极在大腿中，另一个在手中。当电极分离得更远时，刺激信号显然会经过更多组织，从而产生更有效的刺激。

根据本发明的不同方面，电极展开是在射弹132和目标接触之后激活的。可以通过展开激活器的方位改变；展开激活器相对于射弹主体的位置改变；展开激活器的方向、速度或加速度的改变；和/或电极之间的导电率的改变(例如电极142或通过射弹132和目标的碰撞而放置的电极)，来确定所述接触。对于低成本射弹，通过机械特性来检测碰撞并且通过机械能量释放或重新定向来展开电极的展开激活器140是优选的。

根据本发明的不同方面，目标的行为可能促进电极的展开。例如，射弹前部的一个或多个间隔较近的电极可能附着到目标，以激起目标的疼痛反应。一个或多个电极可能被暴露并被适当地定向(例如远离目标)。暴露可以发生在飞行期间或碰撞之后。目标的疼痛可能是由刺入目标肉中的电极倒钩而导致的，或者如果存在两个间隔较近的电极，则可能由于间隔较近的电极之间的刺激信号递送而导致。虽然这些电极可能太靠近在一起以至于不能适当地制动，但是刺激信号可以产生足够的疼痛和迷向(disorientation)。对疼痛的典型响应行为是用手(或嘴，如果是动物的话)抓住所感觉到的导致疼痛之处，以尝试去除电极。这就是所谓的“手部陷阱(hand trap)”方法，这种方法利用这种典型响应行为来将一个或多个暴露的电极植入目标手部(或嘴部)之中。通过抓住射弹，一个或多个暴露的电极刺穿目标的手部(或嘴部)。目标的手部(或嘴部)之中的暴露的电极一般与其他电极间隔得很远，以使得另一个电极与所述暴露的电极之间的刺激可以允许适当的制动。

在人类测试中，已发现由于手内神经密度非常高，因此目标的手部是尤其有效的刺激位置。此神经密度将大量神经纤维放置在暴露电极周围的最大电荷密度附近，从而放大了总的神经刺激效果。

在一种备选系统实现方式中，省略了发射设备102、弹盒104和射弹132；并且将电源134、波形生成器136和电极展开装置138形成为适合于其他传统的在目标之上或附近放置的形式的制动设备150。在另一种备选实现方式中，省略了展开装置138，并且通过目标行为和/或重力来放置电极142。可以利用传统技术来包装制动设备150，以用于个人安全(例如安置在人类目标的衣物中，或动物的藏身之处，以便将来激活)、设施安全(为监视摄像头、设备关断或紧急响应提供时间)或军事目的(例如地雷)。

射弹132可以是致命的或非致命的。在备选实现方式中，射弹132包括任何用于施行致命武力的传统技术。

这里所论述的制动包括对目标的自主运动的任何抑制。例如，制动可包括导致疼痛或干扰正常肌肉功能。制动不需要包括目标的全部运动或全部肌肉。优选地，不包括非自主肌肉功能(例如用于循环和呼吸的)。在局部性电极放置的变体中，一个或多个骨骼肌的功能丧失就完成了适当的制动。在另一种实现方式中，导致适当强度的疼痛以扰乱目标完成运动任务的能力，从而使目标丧失能力。

发射设备102的备选实现方式可包括传统上可获得的武器(例如枪支、枪榴弹发射器、车载炮)，或用这些传统上可获得的武器来替换。射弹132可经由爆炸性装料120(例如火药、黑火药)来递送。射弹132也可经由压缩气体(例如氮气或二氧化碳气)的释放和/或压力(例如弹簧力，或由化学反应(例如汽车气囊展开中使用的那种类型的反应)产生的力)的迅速释放来推进。

可以利用任何传统技术将射弹132系缚到发射设备102和发射设备102中的适当电路(未示出)，以便向电源134提供替代或辅助电源；触发、重新触发或控制波形生成器136；激活、重新激活或控制展开；和/或与射弹132中的仪器(未示出)合作在发射设备102处接收从电极142提供的信号。

用于系统100中的射弹132可以具有若干实现方式中的一种或多种实现方式。在每种实现方式中，可以以任何方式组合如下文所述的展开激活器和电极，以产生适合于如上所述的系统100的一个或多个目的的射弹。通过组合下述各种实现方式的展开激活技术和电极机械特征，增大了成功将两个电极放置成与彼此分离得足够远以便制动的可能性。

根据本发明的不同方面的一个射弹在射弹和目标的碰撞之后从射弹的后部展开电极。例如，图2-4的射弹200具有四种配置：(1)装填配置(图2A)，其中翼片和电极处于存储位置和方位；(2)飞行中配置(图2C)；(3)在与目标接触之后的碰撞配置(图4A)；以及(4)电极展开配置(图4B)。射弹200包括附着(例如紧密适配、形成、压接或密封)到主体204的塞子202。塞子202上的前向力将射弹200向前推进。主体204包括外壳206、电极分离舱210、平移元件222、电池224和电路组合件230。

塞子202可包括推进物120(例如对于30克的射弹可以有3到4颗火药)。在另一种实现方式中，发射设备102或射弹132中的推进物120包括40mm枪榴弹壳。射弹200可包括机械震动吸收尖端(未示出)，例如泡沫橡胶之类的。在另一种实现方式中，塞子202或发射设备102包括自备的加压气体装料，该加压气体装料在加压气体被释放时推进射弹200。如上所述，塞子202中省略了推进物，推进物被包含在发射设备102中。

外壳206为射弹200的组件提供空气动力外套，并且与平移元件222合作。外壳可支持一个或多个翼片262，以改善其飞行特性。一种备选实现方式省略了翼片262以降低成本。在一种实现方式中，外壳206是由诸如或ABS塑料之类的聚合体制成的，并且具有适当的形状和/或尺寸，以便被所需的发射设备递送。翼片262也可以是由塑料制成的，并且可以包括铜或钢弹簧和/或插脚以便导致朝向展开位置的运动或保持展开位置。翼片可提供用于稳定飞行的牵制力。

在射弹200与目标碰撞时，平移元件222在外壳206内滑动迫使塞子202与外壳206分离并从主体204中飞出。在碰撞时平移元件222可被运送到射弹200的前端；并且可能弹回朝向射弹200的后端。任一种平移都可以释放塞子202，最好是后向平移。通过使塞子202与外壳206分离，电极分离舱210被激活，以便展开电极212。

电极分离舱210包括电极212、系缚装置214(绕在轴上的、球状的或捆扎在一起的绝缘金属线)和弹簧216。系缚装置214电连接电极212，以便在刺激信号递送电路中协同工作，如上所述。在展开期间，系缚装置214从电极分离舱210中的存储仓延伸出某个长度(例如约5至18英寸)，该长度确保(一个或多个)可展开电极212和(一个或多个)电极236之间的适当电极间距。系缚装置可包括弹性材料，以提高电极212和目标之间的碰撞力。弹簧216被压缩到电极分离舱210中，并且与射弹200的组合件上的塞子202发生机械通信。当塞子202与外壳206分离时，弹簧216促动电极212和系缚装置214以展开到外壳206之外，以在与电极236相距某个距离的一点处碰撞目标。

电池224为电路组合件230提供电源134。在备选实现方式中，电池224被一个电容器所取代，该电容器具有由发射设备102中的电源112或弹盒104中的电源(未示出)所维持的电荷。电池224可包括一个或多个传统原电池。在一种实现方式中，电池224是AAAA标准大小封装的传统1.5伏特(标称)原电池。电池224可以以任何传统方式固定到外壳206或平移元件222。当电池224固定到平移元件222时，其质量增加了平移元件222的惯性，以便更有效地使塞子202与外壳206分离。

电路组合件230可以是缠绕在电池224周围的柔性电路组合件。电路组合件230实现波形生成器136并支持电极236。电路组合件230以任何传统方式连接到电池224。电极236可以由不锈钢构成，并且包括用于在与目标接触之后保持在目标中的倒钩。碰撞之后平移元件222的前向运动可促使电极236向前，以确保将电极236埋置在目标中。

根据本发明的不同方面的可展开式电极适合于系缚式展开并且与目标碰撞，如上所述。可以以任何传统方式用不锈钢形成电极212。例如，图3的电极212包括3个相互正交的轴上的尖钉。尖钉具有用于穿透织物和组织的锐利的尖端以及用于妨碍从目标去除的后向倒钩。

射弹200在处于弹盒104中时保持其装填配置。在与发射设备102相距适当距离处，翼片262离开外壳206，以使射弹200进入飞行中配置中。在飞行期间平移元件222被迫使向后。与目标的碰撞(图4A)导致射弹200符合碰撞配置，其中电极236被展开到目标中，并且平移元件222向后弹回以驱离塞子202。在塞子202与外壳206分离之后，电极212在系缚装置214上不规律地摆动和/或反弹。在电极212与目标接触之后，射弹200处于其完全展开的配置(图4B)，并且刺激信号的递送可以开始。

作为第二示例，根据本发明的不同方面的一个射弹通过射弹与目标的碰撞力附着至少一个电极，并且通过释放一个伴随着整个射弹的大部分质量的第二电极来附着至少第二电极。例如，图5-6的射弹具有四种配置：(1)装填配置(图5A-5B)，其中翼片和电极处于存储位置和方位；(2)飞行中配置(图5C和5D)；(3)在与目标接触之后的碰撞配置(图6A)；以及(4)电极展开配置(图6B)。射弹500包括外壳502、四个后部电极504、四个翼片506、电池508、后向电极510、电路组合件512、前部电极514、电极系缚装置516、盖释放装置518和盖522。

外壳502为射弹500的组件提供空气动力外套。外壳502可支持一个或多个翼片506，以改善其飞行特性。一种备选实现方式省略了翼片506以降低成本。在一种实现方式中，外壳502是由诸如或ABS塑料之类的聚合体制成的，并且具有适当的形状和/或尺寸，以便被所需的发射设备递送。翼片506也可以是由塑料制成的，并且可以包括铜或钢弹簧和/或插脚以便导致朝向展开位置的运动或保持展开位置。翼片可提供用于稳定飞行的牵制力。

在飞行中后部电极504被弹簧力定位为远离外壳502。

电池508为电路组合件512提供电源134。电池508可包括一个或多个传统原电池。在一种实现方式中，电池508是AAAA标准大小封装的传统1.5伏特(标称)原电池。电池508可以以任何传统方式固定到外壳502。电池508的质量增加了外壳502的惯性，以便更有效地使后部电极与目标碰撞。

前部电极组合件530包括后向电极510、前部电极514和脱离搭襻520。前部电极组合件530在射弹500被安放在弹盒104中时固定到外壳502；并且在射弹500与目标碰撞之后被释放。在一种实现方式中，脱离搭襻520将组合件530固定到外壳502。后向电极510是用来在目标试图触及前部电极组合件530以例如打算消除前部电极514与目标的接触时刺穿目标的手部的。

电路组合件512执行与上述电路组合件230类似功能。

电极系缚装置516电连接前部电极514和后向电极510，以便在刺激信号递送电路中协同工作，如上所述。系缚装置516中的两个或更多个导体从电路组合件512的波形生成器136提供刺激信号到：(a)前部电极和/或到(b)后向电极510。在展开期间，系缚装置516从外壳502中的存储仓延伸出某个长度(例如约5至18英寸)，该长度确保可展开后部电极504和前部电极514之间的适当电极间距。系缚装置516可包括弹性材料，以提高后部电极504和目标之间的碰撞力。

盖释放装置是可变形(橡胶)元件，这种可变形元件当在碰撞时受到挤压时在前部电极组合件和射弹的其余部分之间施加分离力。例如，在碰撞时，盖释放装置518沿轴501压缩，以将外壳502从前部电极组合件530中释放出来。在一种实现方式中，外壳502和/或电池508的惯性对盖释放装置518和/或盖522发生作用，以使脱离搭襻520破裂。盖释放装置518和/或盖522可存储压缩能量，该压缩能量后来被释放到外壳502中，以促使外壳502离开前部电极组合件530，从而将系缚装置516从外壳502中展开出来。然后至少一个后部电极504在与前部电极514相距某个距离的点处与目标接触。

射弹500的备选实现方式包括平移环。在碰撞时，平移环在外壳502内沿轴501滑动，以迫使保持装填状态的后部电极504在碰撞之后展开。这种平移环可促使前部电极去往目标之上。

在系缚装置214和513的操作中，被系缚的物体(212或502)可能由于重力而下落和/或由于回弹能量而移开目标。在物体到达系缚装置的末端时，它可能朝着目标回落，就像钟摆那样。弹性系缚装置可进一步增强物体与目标的靠近。弹性系缚装置在其伸展时存储能量，在其收缩时将其能量返回到物体中，使物体朝向目标加速，并且增大有效穿透目标的衣物和/或皮肤的可能性。(一个或多个)前部电极和(一个或多个)后部电极之间的距离为12至24英寸是优选的。

在射弹200或500的其他实现方式中，次级推进物或机构不规律地推进被系缚的物体，直到与目标碰撞。次级推进物或机构可包括小型火箭发动机。

作为第三示例，根据本发明的不同方面的一个射弹，包括一个或多个可展开电极臂，其中每一个具有一个或多个倒钩。在操作中，一旦射弹与目标碰撞，这些臂就从射弹主体弹开，并且附着到目标上。例如，图7-8的射弹700具有四种配置：(1)装填配置(图7B和7C)，其中翼片和电极处于存储位置和方位；(2)飞行中配置(图7A和7C)；(3)在与目标接触之后的碰撞配置(与图4A类似)；以及(4)电极展开配置(图8)。射弹700包括外壳702、四个前部电极704、四个翼片706、电池708、电路组合件712和释放装置710。

外壳702为射弹700的组件提供空气动力外套。外壳702可支持一个或多个翼片706，以改善其飞行特性。一种备选实现方式省略了翼片706以降低成本。在一种实现方式中，外壳702是由诸如

或ABS塑料之类的聚合体制成的，并且具有适当的形状和/或尺寸，以便被所需的发射设备递送。翼片706也可以是由塑料制成的，并且可以包括铜或钢弹簧和/或插脚以便导致朝向展开位置的运动或保持展开位置。翼片可提供用于稳定飞行的牵制力。

电池708和电路组合件712以与上述电池508和电路组合件512类似的方式操作。

四个前部电极704在碰撞之后当被释放装置710释放时展开。在射弹700与目标碰撞之后，释放装置710释放每个前部电极704上的搭襻(未示出)。在一种实现方式中，释放装置710包括密封环(未示出)，该密封环在射弹700突然减速时向前滑动。该环的平移释放每个搭襻，从而允许每个电极沿着远离轴701的弧到达展开位置，该展开位置位于射弹700和目标之间的接触点处或在该接触点之前(这取决于该点周围的表面的形状)。

可通过每个铰链713中的扭力弹簧促使每个电极704沿着弧运动。电极704可被装填在沿射弹700的长度形成在外壳702中的槽726中。当被装填时，每个扭力弹簧被压缩。压缩的扭力弹簧的势能提供了推进物，通过该推进物前部电极704被迫使离开槽726并进入目标中。

释放装置710可包括每个电极上的钩722以及沿轴701在外壳702内部平移的开槽圆筒724。当每个钩722与开槽圆筒发生摩擦接触时，电极被保持住。开槽圆筒724被从发射设备102释放的射弹的惯性迫使向后，从而确保了与钩722的摩擦接触。在与目标碰撞之后，开槽圆筒724向前滑动并释放每个钩722，从而展开电极704，如上所述。

在射弹700的备选实现方式中，省略了四个电极704中的两个。在另一种备选实现方式中，关于轴701对称地实现了多于四个电极。此外，具有以上参考236和514描述的类型的四个电极被包括在备选的射弹，该备选射弹在射弹前部具有固定的座架或弹簧座架。

可向以上所述的射弹200、700中的每一个及其备选射弹添加后向电极。

根据本发明的不同方面，展开可利用射弹的向前的动量来推动电极以与目标接触。例如，在一个实现方式中，主射弹携带若干个次级射弹。在与目标碰撞之后，次级射弹的前向动量可导致次级射弹展开到目标中。次级射弹可被定位在主射弹的后部，并被容纳在与射弹飞行轴成某个角度(例如45度)的孔中。孔和前向动量矢量的配置迫使每个次级射弹在孔的角度处朝着目标展开。以任何方式从次级射弹展开的电极与目标接触，并且远离主射弹的一个或多个前部电极。每个次级射弹或电极可通过导电线系缚到主射弹或次级射弹，以便递送刺激信号。

推进物也可用于从其各自的孔中推动次级射弹或电极。例如，主射弹可包括在与目标碰撞之后激活的加压气体或爆炸性装料。推进物将每个次级射弹从其装填位置喷射到目标中。

用于增大与目标接触的多个电极之间的有效分散的方法包括在一个或多个群集或阵列中展开多个电极。多个电极可以与射弹碰撞点具有更近的间距，而仍向更大的表面区域递送电荷。例如，从图9A和9B中所示的两个不同的配置901和911测量了肌肉收缩。在配置901中，电极902和906间隔了四英寸。电极902连接到刺激电源的正端子。电极906连接到电源的负端子。在配置911中，使用了四个电极。电极912与电极916相距四英寸；电极915与电极917相距四英寸。电极912、917、916和915形成一个方形，其中心大致在914处。点904和914可以大致是射弹的碰撞点。在其他展开中，射弹的碰撞点是不重要的。测试结果指示配置911比起配置901来有效性低了5％(产生的肌肉收缩约少5％)。相信较低的有效性是较低的电荷密度的结果。虽然较多的电极递送电荷到较大的总表面区域，但是每个电极处的总电荷大致减半，从而降低了电极处的电荷密度，并且降低了经过身体的各种电流路径中的电荷密度。这种较低的电荷密度造成较少的神经元被刺激，以及较小的肌肉反应。

在以上所述的展开电极配置中的任何一种中，刺激信号可以在各种电极之间切换，以便在任何特定时刻不是所有电极都是活动的。因此，用于向多个电极施加刺激信号的方法包括，以任何顺序：(a)选择一对电极；(b)向所选的那对施加刺激信号；(c)监视递送到目标中的能量电荷；(d)如果递送的电荷低于某个限度，则断定所选电极中至少有一个没有充分耦合到目标以形成刺激信号递送电路；以及(e)重复选择、施加和监视，直到递送预定的总电荷量。执行这种方法的微处理器可以在少于一毫秒内识别出适当的电极，以使得用于选择电极的时间不被目标所察觉。

术语“碰撞之后”被理解为意指射弹与目标之间的初始目标接触之后的任何时刻。碰撞之后要完成的动作是在碰撞之后如此之快地完成的，以至于目标感觉到是与碰撞同时发生的。

除非与物理可能性相反，否则发明人预期这里所描述的方法和系统：(i)可以以任何的序列和/或组合来执行；以及(ii)可以以任何方式组合各实施例的组件。

虽然已描述了这个新型发明的优选实施例，但是许多变化和修改都是可能的，并且这里所描述的实施例并不限于以上特定公开，而是仅由所附权利要求书的范围所限。

Claims (37)

1.一种用于对目标进行制动的设备，该设备包括：

第一电极；

第二电极；

用于远离所述第一电极而展开所述第二电极的装置，包括：

用于约束所述第二电极相对于所述第一电极的运动的装置；以及

用于在所述第一电极与所述目标接触之后去除对所述第二电极相对于所述第一电极的约束，以使得所述第二电极开始离开所述目标而运动，以便在和所述第一电极与所述目标接触处相距某个距离处与所述目标接触的装置；以及

用于在包括所述第一电极和所述第二电极的电路中生成刺激信号的装置。

2.一种用于对目标进行制动的设备，该设备包括：

第一部分，其包括用于与目标接触的第一电极；

第二部分，其包括：

用于与所述目标接触的第二电极；以及

系缚装置，该系缚装置保持所述第一部分和所述第二部分之间的电通信；

信号生成器，该信号生成器经由所述第一电极和所述第二电极提供刺激信号以对所述目标进行制动；以及

耦合装置，该耦合装置将所述第一部分耦合到所述第二部分以将制动设备作为一个单元运输，并且在所述第一部分与所述目标接触之后从所述第一部分中释放所述第二部分，以便所述第二部分远离所述目标运动，以在与所述第一电极相距某个距离处展开所述第二电极。

3.如权利要求2所述的设备，其中所述耦合装置包括外壳和平移构件，该平移构件响应于所述设备与所述目标的碰撞而相对于所述外壳移动，以从所述第一部分中释放所述第二部分。

4.如权利要求2所述的设备，其中所述耦合装置包括紧固件，该紧固件响应于所述设备和所述目标的碰撞而被无效，以从所述第一部分中释放所述第二部分。

5.如权利要求4所述的设备，其中所述紧固件包括一个脱离搭襻。

6.如权利要求2所述的设备，其中所述耦合装置包括一个闩锁，该闩锁响应于所述设备与所述目标的碰撞而被释放，以从所述第一部分中释放所述第二部分。

7.如权利要求2所述的设备，其中所述耦合装置包括推进物，该推进物推进所述第二电极远离所述第一电极。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述推进物最初在远离所述目标的方向上推进所述第二电极。

9.如权利要求2所述的设备，其中该系缚装置展现弹性以实现所述第二电极与所述目标的强力碰撞。

10.如权利要求2所述的设备，其中所述第二电极包括定向为第一方向的第一倒钩、定向为第二方向的第二倒钩和定向为第三方向的第三倒钩。

11.如权利要求10所述的设备，其中所述第一方向、第二方向和第三方向是相互正交的。

12.如权利要求2所述的设备，其中所述第二部分还包括所述信号生成器的一部分。

13.如权利要求12所述的设备，其中所述第二部分的总质量超过所述第一部分的总质量。

14.如权利要求12所述的设备，其中所述信号生成器的所述一部分包括电源。

15.如权利要求2所述的设备，其中所述耦合装置利用所述设备与所述目标的碰撞的能量来从所述第一部分中释放所述第二部分。

16.如权利要求2所述的设备，其中所述耦合装置将所述设备与所述目标的碰撞的动量重新引导到所述第二部分远离所述第一部分的运动中。

17.如权利要求2所述的设备，其中所述第一部分还包括第三电极，以由于所述目标的运动而与所述目标接触。

18.一种射弹，包括如权利要求1或2所述的设备。

19.一种用于对目标进行制动的系统，包括：

根据权利要求18所述的射弹；以及

用于朝向目标推进所述射弹的装置。

20.一种用于对目标进行制动的方法，该方法包括：

提供包括第一电极、第二电极、信号生成器以及展开所述第二电极的电极展开装置的设备；

约束所述第二电极相对于所述第一电极的运动；

在所述第一电极与所述目标接触之后去除对所述第二电极相对于所述第一电极的约束，以使得所述第二电极开始离开所述目标而运动，以便在和所述第一电极与所述目标接触处相距某个距离处与所述目标接触；以及

经由所述信号生成器、所述第一电极和所述第二电极提供刺激信号。

21.如权利要求20所述的方法，其中：

所述设备还包括外壳和塞子，该塞子在处于第一位置时约束所述外壳内的第二电极相对于所述第一电极运动；并且

所述去除包括促使所述塞子远离所述第一位置。

22.如权利要求21所述的方法，其中提供所述展开装置包括提供平移元件，该平移元件相对于所述外壳平移以促使所述塞子远离所述第一位置。

23.如权利要求21所述的方法，其中去除包括使一个紧固件无效。

24.如权利要求23所述的方法，其中使所述紧固件无效包括使一个脱离搭襻无效。

25.如权利要求21所述的方法，其中：

提供所述设备还包括提供外壳和相对于所述外壳平移的平移构件；并且

去除包括通过所述平移构件进行平移。

26.如权利要求25所述的方法，其中平移用来释放一个闩锁以去除约束。

27.如权利要求21所述的方法，其中去除包括推进所述第二电极远离所述第一电极。

28.如权利要求27所述的方法，其中推进最初在远离所述目标的方向上推进所述第二电极。

29.如权利要求21所述的方法，其中提供所述设备还包括提供机械地耦合所述第二电极和所述第一电极的系缚装置，该系缚装置展现弹性以实现所述第二电极与所述目标的强力碰撞。

30.如权利要求21所述的方法，其中所述第二电极包括定向为第一方向的第一倒钩、定向为第二方向的第二倒钩和定向为第三方向的第三倒钩。

31.如权利要求30所述的方法，其中所述第一方向、第二方向和第三方向是相互正交的。

32.如权利要求21所述的方法，其中：

约束所述第二电极相对于所述第一电极的运动还包括约束所述信号生成器相对于所述第一电极的运动；并且

去除约束允许所述第二电极和所述信号生成器的至少一部分相对于所述第一电极运动。

33.如权利要求32所述的方法，其中所述第二电极和所述信号生成器的所述一部分的质量超过所述设备的总质量的一半。

34.如权利要求33所述的方法，其中所述信号生成器的所述一部分包括电源。

35.如权利要求21所述的方法，其中去除利用所述设备与所述目标的碰撞的能量。

36.如权利要求21所述的方法，其中去除包括将所述设备与所述目标的碰撞的动量重新引导到所述第二电极的运动中。

37.如权利要求21所述的方法，其中提供所述设备包括封装所述设备以用作射弹。

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