CN108791545A - 模拟系统 - Google Patents

Abstract

模拟系统。提供了方法和包括直线电机和控制器的装置，所述装置被配置为模拟针对游戏设备和模拟系统的触觉反馈，所述游戏设备和模拟系统包括在各种游戏环境中使用的游戏枪支和其它外围设备。

Description

模拟系统

本申请是原案申请号为201580064565.9的发明专利申请(国际申请号：PCT/US2015/062653，国际申请日；2015年11月25日，发明名称：用于触觉系统的方法和装置)的分案申请。

该原案申请是2015年7月24日提交的美国专利申请序列号No.14/808,247的部分继续申请，该美国专利申请是2013年3月14日提交的美国专利申请序列号No.13/804,429的继续申请，现在是美国专利No.9,146,069，其要求2012年5月22日提交的美国临时申请No.61/650,006的权益，以上申请的全部内容通过引用结合到本文中。该原案申请还要求2014年11月28日提交的美国临时申请No.62/085,443和2015年6月3日提交的美国临时申请No.62/170,572的权益，这些美国临时申请通过引用结合到本文中。

美国专利申请No.14/551,526也通过引用结合到本文中。

技术领域

本发明涉及模拟系统。

背景技术

除了射击术之外，对军事人员、执法人员和私人公民的枪支训练还越来越多地包括角色扮演和决策作出。这种训练通常包括与角色扮演者进行竞争和/或对投影到受训者面前的屏幕上的情景做出响应。

虽然存在自愈(self-healing)画面，允许使用常规枪支进行这种训练，但是使用这种系统要求适于使用常规枪支的地点。此外，这样的系统昂贵并且可能是不可靠的。已经开发了常规枪支的替代品。这些替代方案包括彩弹、模拟弹药、以及使用激光器显示发射时子弹采取的路径。

然而，这种替代方案并不能实质上复制具有真实弹药的真实武器的射击的所有特征，并且限制训练将转到使用真实枪支的程度。在各个实施方式中，要复制的常规枪支的特征可以包括大小、重量、柄构造、扳机距离、扳机拉重、瞄准器类型、准确度、重新装载方法、操作方法、控制的位置与操作和/或反冲。现实反冲是复制的难点。无法使得受训者习惯于由特定枪支产生的反冲是使用各种枪支训练模拟器的最大缺点之一。反冲不仅强制枪支射击者在射击后重新获取瞄准镜，而且还迫使射击者适应与待由枪支发射的特定子弹的能量成比例的不适感。反冲在全自动发射期间比在半自动发射期间显著更难控制，使得反冲和循环速率二者的准确模拟对于确保模拟训练转到使用真实枪支是重要的。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种模拟系统，所述模拟系统包括：主体；包括滑块的直线电机，所述直线电机附接到所述主体；机械止动件；控制器，所述控制器与所述直线电机通信并且控制所述滑块的移动，其中，所述控制器将冲量值传输至所述直线电机并且所述电机驱动所述滑块抵靠所述机械止动件，以将与所述冲量值成比例的反作用力传递至所述主体；以及电源单元，所述电源单元向所述直线电机和所述控制器中的至少一个供电；其中，所述电源单元包括电池；以及其中，所述电源单元为能够固定至所述主体的弹药夹的形式。

根据本发明的第二方面，提供了一种系统，所述系统包括：主体；附接至所述主体的直线电机，所述直线电机控制滑块；控制器，所述控制器控制所述滑块的移动，使得所述滑块在所述主体上产生力；以及电源单元，所述电源单元向所述直线电机和所述控制器中的至少一个供电，其中，所述电源单元为能够固定地附接至所述主体的弹药夹的形式。

根据本发明的第三方面，提供了一种系统，所述系统包括：主体；附接至所述主体的直线电机，所述直线电机控制滑块；以及控制器，所述控制器控制所述滑块的移动，使得所述滑块在所述主体上产生力，其中，所述滑块包括以相同极面对相同极相互邻近线性对齐的多个永磁体。

根据本发明的第四方面，提供了一种模拟系统，所述模拟系统包括：主体，所述主体具有通用外壳；可互换直线电机系统，所述可互换直线电机系统可移除地附接至所述通用外壳，所述直线电机系统包括滑块和控制器，所述控制器与所述直线电机通信并且具有编程反冲冲量值，其中，所述控制器将所述反冲冲量值传输至所述直线电机并且所述电机驱动所述滑块，使得所述滑块产生模拟所述反冲冲量值的、对所述主体的反作用力。

其中，所述直线电机系统还包括机械止动件，其中，所述滑块被驱动抵靠所述机械止动件以模拟所述反作用力。

其中，所述主体是模拟枪支和枪支中的至少一个。

所述模拟系统还包括电源单元，所述电源单元给所述直线电机和所述控制器中的至少一个供电。

其中，所述电源单元包括电池。

其中，所述电源单元经由电源线可移除地连接至所述主体。

其中，所述电源单元和所述控制器中的至少一个被固定至所述主体并且定位在所述主体内，使得所述模拟系统是无绳的。

附图说明

图1是根据本公开的示例性实施方式的枪支(firearm)训练系统的侧视图。

图2是图1所示的系统的模拟枪支主体的侧视图。

图3是图2所示的模拟枪支主体的上部组件的立体图。

图4是图2所示的模拟枪支主体的分解视图。

图5是根据本公开的示例性实施方式的直线电机和滑块的立体图。

图6是图5所示的直线电机和滑块的分解侧视图。

图7是图6所示的直线电机和滑块的组装侧视图。

图8是根据本公开的示例性实施方式的用于直线电机和滑块的支承托架的立体图。

图9是根据本公开的示例性实施方式的模拟枪支主体的侧视图。

图10是图1所示的模拟枪支系统的示意流程图。

图11是示出根据本公开的示例性实施方式的在模拟反冲(recoil)循环中相对于模拟枪支主体的初始位置处的直线电机的滑块的测序(sequencing)侧视图。

图12是示出了图11所示的直线电机的滑块在模拟反冲循环中使滑动轴延伸到相对于模拟枪支主体的最右边的移动的结束的测序侧视图。

图13是示出图12的直线电机使滑块在模拟反冲循环中相对于模拟枪支主体缩回的测序侧视图。

图14是示出图13的直线电机继续使滑块在模拟反冲循环中相对于模拟枪支主体缩回的测序侧视图。

图15是图14的直线电机在完成滑块在模拟反冲循环中相对于模拟枪支主体缩回之后使得直线电机准备好进行下一个模拟反冲循环的测序侧视图。

图16是根据本公开的示例性实施方式的绘制了第一发弹药的反冲力对时间以及由运动学上控制滑块的动力学的直线电机引起的力对时间的预测曲线。

图17是根据本公开的示例性实施方式的绘制了第二发弹药的反冲力对时间以及由运动学上控制滑块的动力学的直线电机引起的力对时间的预测曲线。

图18至图21是例示根据本公开的示例性实施方式的个人使枪支重复地发射的示意性测序图，反冲引起随重复射击的精确度损失增加。

图22是根据本公开的示例性实施方式的直线电机和滑块的立体图和内侧视图。

图23是根据本公开的示例性实施方式的移除了示例性磁体的滑块的立体图。

图24是图23所示的移除了示例性磁体的滑块的放大立体图。

图25是例示根据本公开的示例性实施方式的直线电机中的线圈的操作的示意图。

图26和图27是例示根据本公开的示例性实施方式的在两种不同的通电状态下的直线电机中的线圈的操作的示意图。

图28和图29是例示根据本公开的示例性实施方式的磁体在两种不同的通电状态下通过直线电机的移动的示意图。

图30是例示根据本公开的示例性实施方式的磁通密度对电压输出的线图。

图31和图32是根据本公开的示例性实施方式的针对滑动器移动通过直线电机的的传感器电压响应对时间的线图。

图33是根据本公开的示例性实施方式的采样波形的线图。

图34和图35是根据本公开的示例性实施方式的针对滑动器以两种不同的恒定线速度移动通过直线电机的传感器电压响应对时间的线图。

图36是根据本公开的示例性实施方式的针对真实枪支的反冲力绘制的力对时间的线图，与通过使用机械止动件和不适用机械止动件的方法和装置的模拟反冲力相比。

图37是根据本公开的示例性实施方式的针对真实枪支的反冲加速度绘制的加速度对时间的线图，与由使用机械止动件和不适用机械止动件的方法和装置引起的滑块的模拟加速度相比。

图38是根据本公开的示例性实施方式的针对真实枪支的反冲速度绘制的速度对时间的线图，与由使用机械止动件和不适用机械止动件的方法和装置引起的滑块的模拟速度相比。

图39是根据本公开的示例性实施方式的模拟手枪的侧视图。

图40是图39所示的模拟手枪的相反侧视图。

图41是图40所示的模拟手枪的分解视图。

图42是根据本公开的示例性实施方式的模拟手枪的上部接收器(具有手枪滑动器)的侧视图。

图43是根据本公开的示例性实施方式的图42所示的上部接收器的在模拟循环之前准备好用于对滑动器上膛(cocking)的组件的内部侧视图。

图44是根据本公开的示例性实施方式的图43所示的滑动器正被向后拉以给模拟手枪上膛的示意图。

图45是根据本公开的示例性实施方式的图44所示的滑动器返回到模拟手枪的预发射模拟位置的示意图。

图46是根据本公开的示例性实施方式的直线电机使滑杆沿着向后方向移动直到图45所示的滑动器的肩部撞击止动件为止的示意图。

图47是根据本公开的示例性实施方式的具有复制弹匣的可移除电源(电池)的模拟手枪的侧视图。

图48是根据本公开的示例性实施方式的从模拟手枪中移除的图47所示的电源(电池)的等距视图。

图49是根据本公开的示例性实施方式的移除了直线电机的模拟魔杖(Wand)的等距视图。

图50是持有图49所示的游戏魔杖的用户的侧视图。

图51是图49和图50所示的方法和装置的实施方式的示意图。

图52是根据本公开的示例性实施方式的具有多个直线电机的模拟网球拍的前视图。

图53是图52所示的移除了球拍部分的模拟网球拍的内部平面图。

图54是根据本公开的示例性实施方式的模拟网球拍的侧视图。

图55是根据本公开的示例性实施方式的直线电机和滑块/杆组合的立体图。

图56是根据本公开的示例性实施方式的具有诸如幅值这样的变化特性的驻波或谐振波形的线图。

图57是根据本公开的示例性实施方式的具有幅值和周期的不同特性的各种瞬态波形的线图。

图58是根据本公开的示例性实施方式的具有恒定波形特性的各种类型的驻波或谐振波形的线图。

图59是根据本公开的示例性实施方式的具有恒定波形特性但是具有变化的波形特性的叠加的瞬态波形的各种类型的驻波或谐振波形的线图。

图60是根据本公开的示例性实施方式的包括四个磁体的滑块的示意图。

图61是根据本公开的示例性实施方式的直线电机仿真(emulating)对被模拟的手枪的滑动器进行装料或上膛所需的力的弹簧常数的示意图。

图62是根据本公开的示例性实施方式的当磁体移动穿过线圈时能够测量或存储所产生的电流的仪表的示意图。

图63是根据本公开的示例性实施方式的缩短的模拟手枪弹匣的等距视图。

图64是图63所示的具有可见的超级电容器的模拟手枪弹匣的等距内视图。

图65是根据本公开的示例性实施方式的用于重型武器平台的装料/装载机构的等距视图。

图66是根据本公开的示例性实施方式的用于重型武器平台的装料/装载机构的等距视图。

图67是根据本公开的示例性实施方式的示出了用户将拉动用于装载的装料手柄的方向的用于重型武器平台的装料/装载机构的等距视图。

图68是根据本公开的示例性实施方式的用户通过用于重型武器平台的装料/装载机构拉动装料手柄的等距视图。

图69是根据本公开的示例性实施方式的包括直线电机的外围实施方式的等距视图。

图70是图69所示的具有暴露的直线电机、滑块和机械止动件的外围实施方式的内部侧视图。

图71是根据本公开的示例性实施方式的虚拟现实游戏外围设备的侧视图。

图72是图71所示的虚拟现实游戏外围设备的内部侧视图。

图73和图74是根据本公开的示例性实施方式的示出椅子上的直线电机的两个位置的侧视图。

图75是在图73和图74中所示的直线电机的位置上附接到椅子上的直线电机的侧视图。

图76是根据本公开的示例性实施方式的以不同取向附接在椅子上的直线电机的等距视图。

图77是根据本公开的示例性实施方式的包括直线电机系统的修改的枪托的侧视图。

图78是图77所示的改进的枪托的内侧视图。

图79是图77和图78所示的具有可见的螺纹缓冲管的改进的枪托的侧视图。

图80是根据本公开的示例性实施方式的包括容纳在中空圆柱体内的直线电机的震动棒(shock stick)的内部侧视图。

图81是用户持有图80所示的震动棒的示意图。

图82是根据本公开的示例性实施方式的用户持有包括震动棒并且经由可移除的线缆线束连接到椅子的虚拟现实游戏外围设备的侧视图。

图83是根据本公开的示例性实施方式的震动棒插入到外围主体中的内部侧视图。

具体实施方式

提供了用于触觉系统的方法和装置。实施方式包括直线电机，该直线电机被配置为模拟用于游戏设备和模拟系统的触觉反馈，游戏设备和模拟系统包括在各种游戏环境中使用的游戏枪支和其它外围设备。

实施方式涉及模拟枪支的反冲。更具体地，实施方式提供了用于模拟所选择的常规枪支的反冲的方法和装置。实施方式另外提供了一种激光器，该激光器用于在子弹从正由所述方法和装置模拟的枪支发射时模拟子弹的路径。

除了射击术之外，对军事人员、执法人员和私人公民的枪支训练还越来越多地包括角色扮演和决策作出。这种训练通常包括与角色扮演者进行竞争和/或对投影到受训者面前的屏幕上的情景做出响应。

虽然存在自愈(self-healing)画面，允许使用常规枪支进行这种训练，但是使用这种系统要求适于使用常规枪支的地点。此外，这样的系统昂贵并且可能是不可靠的。已经开发了常规枪支的替代品。这些替代方案包括彩弹、模拟弹药、以及使用激光器显示发射时子弹采取的路径。

然而，这种替代方案并不能实质上复制具有真实弹药的真实武器的射击的所有特征，并且限制训练将转到使用真实枪支的程度。在各个实施方式中，要复制的常规枪支的特征可以包括大小、重量、柄构造、扳机距离、扳机拉重、瞄准器类型、准确度、重新装载方法、操作方法、控制的位置与操作和/或反冲。现实反冲是复制的难点。无法使得受训者习惯于由特定枪支产生的反冲是使用各种枪支训练模拟器的最大缺点之一。反冲不仅强制枪支射击者在射击后重新获取瞄准镜，而且还迫使射击者适应与待由枪支发射的特定子弹的能量成比例的不适感。反冲在全自动发射期间比在半自动发射期间显著更难控制，使得反冲和循环速率二者的准确模拟对于确保模拟训练转到使用真实枪支是重要的。

实施方式提供了一种枪支训练模拟器，其具有模拟发射特定大小和类型的子弹的特定枪支的反冲冲量(impulse)图案的反冲。在一个实施方式中，该方法和装置可以包括用于投射从被模拟的特定枪支发射的子弹的路径的激光束投影仪。

在各个实施方式中，该方法和装置还可以模拟特定枪支的附加操作，所述附加操作包括瞄准、枪支控制的定位和枪支的操作方法。可以被模拟的特定枪支包括M4、AR-15或M-16步枪以及包括自动手枪和重型枪支的其它常规枪支。

在一个实施方式中，可以通过扳机组件、螺栓(bolt)和直线电机的组合来控制方法和装置。在实施方式中，方法和装置能够模拟半自动发射和全自动发射的模式。在各个实施方式中，全自动发射模式模拟的循环速率可以是常规自动步枪的基本相同的循环速率。

一个实施方式提供了一种基本上跟踪正从被模拟的枪支发射的真实子弹的路径的激光。一个激光发射器可以容纳在枪支模拟体的枪管内。在一个实施方式中，激光发射器可以可操作地连接到控制器，该控制器也可以可操作地连接到反冲。开关的实施方式可以是被构造成由从螺栓向前延伸的开关杆致动的滚轮开关。当螺栓响应于拉动扳机而向前移动时，开关杆可以接合开关的滚轮，从而按压开关并致动激光器。另一个实施方式可以使用安装在磁体可以在螺栓向前移动时与其接触的位置的接近开关。优选的位置可以与枪管和上部接收器之间的接合部相邻。固定到螺栓的磁体可以被构造成当螺栓处于其最前面的位置时与接近开关接近，从而使接近开关致动激光器。

一个实施方式提供了赋予用户的反冲的级别可以由用户编程的方法和装置。

一个实施方式提供了能够进行半自动和全自动操作二者的方法和装置。

一个实施方式提供了全自动发射的不同循环速率可以由用户编程的方法和装置。

一个实施方式提供了包括基本上沿着可能已经从被模拟的枪支发射的子弹的路径投射激光的激光器组件的方法和装置。

一个实施方式提供了一种使用控制滑块并可操作地联接到控制器的直线电机来模拟常规枪支的反冲的方法和装置。

直线电机可以被认为是使其定子和转子“展开”的电机，使得代替产生转矩(即，通过旋转)，沿着其纵向长度产生线性力。常规的直线电机的最常见的操作模式是洛伦兹型致动器，其中施加的力与电流和磁场线性成比例。

直线电机已经有许多设计，分为两个主要种类：低加速度直线电机和高加速度直线电机。低加速度直线电机适用于磁悬浮列车和其它陆基运输应用。高加速度直线电机通常相当短，并且被设计成使物体加速到非常高的速度，例如，参见轨道炮。高加速度直线电机通常用于研究超高速碰撞，作为武器，或者作为航天器推进的质量驱动器。高加速电机通常采用AC直线感应电机(LIM)设计，在气隙一侧具有有源三相绕组，在另一侧具有无源导体板。然而，直流单极性直线电机轨道炮可以是另一种高加速度直线电机设计。低加速度、高速和高功率电机通常采用直线同步电机(LSM)设计，在气隙一侧具有有源绕组，另一侧具有交替极性磁体的阵列。这些磁体可以是永磁体或通电磁体。磁悬浮列车(Transrapid)上海电机是LSM设计。

直线电机采用直接电磁原理。电磁力提供直接线性移动，而不使用凸轮、齿轮、皮带或其它机械设备。电机包括两部分：滑动器和定子。滑动器是包括装有钕磁体的不锈钢管的精密组件，不锈钢管在每个端部上具有螺纹连接孔。包括线圈的定子、用于滑动器的轴承、位置传感器和微处理器板可以被设计用于恶劣的工业环境。

螺线管是缠绕成紧密包装螺旋状物的线圈。术语“螺线管”是指长而细的线环，通常缠绕在金属芯上，当电流通过螺线管时，该螺线管产生磁场。术语螺线管是指被设计成在空间体积(其中可以进行一些实验)中产生均匀磁场的线圈。在工程中，术语螺线管也可以指代将能量转换成直线运动的各种换能器设备。该术语通常也用于指代电磁阀，电磁阀是包含致动气动或液压阀或者电磁开关的机电螺线管的集成设备，其是内部地使用机电螺线管来操作电气开关的特定类型的继电器。例如，机电螺线管可以是汽车起动器螺线管或线性螺线管。

机电螺线管包括缠绕在可移动的钢或铁块(称为电枢)上的电磁感应线圈。线圈可以被成形为使得电枢可以移入和移出中心，改变线圈的电感并因此变成电磁体。电枢可用于为一些机构(诸如控制气动阀)提供机械力。虽然通常比任何东西都弱，但距离非常短，所以螺线管可以由控制器电路直接控制，并因此具有非常低的反应时间。施加到电枢的力与线圈的电感相对于电枢的位置变化的变化以及流过线圈的电流成比例(参见法拉第感应定律)。施加到电枢的力将使电枢始终沿着增加线圈的电感的方向上移动。电枢可以是铁磁材料。

自由后座力(free recoil)是不从后面被支承的枪支的反冲能量的方言词或行话。自由后座力表示在卸料(discharge)时向射击者的小臂施加的平移动能(Et)，并且以非SI测量单位的焦耳(J)和英尺磅力(ft-lbf)表示。更一般地，与牢固地螺栓连接到或由大型安装座或墙壁支承的枪支相反，这个术语是指独立枪支的反冲。

自由后座力不应该与反冲混淆。自由后座力是为从小臂传送到射击者的平移动能给出的名称。反冲是为动量守恒给出的名称，因为它通常应用于日常事件。

有时称为反冲能量的自由后座力是由枪支膛(金属枪管枪支)或后膛(黑色火药枪)内保持的火药装药(power charge)的推进力的副产物。当在枪支内引爆火药装药时，会发生自由后座力的物理事件，导致保持在火药装药中的化学能量转化为热力学能量。然后，这种能量可以被传送到子弹的基部和药筒或后膛的后部，将枪支向后推向射击者，同时射弹随着速度增加朝着枪管向前向下推进到枪口。枪支的向后能量是自由后座力，子弹的向前能量是枪口能量。

自由后座力的概念来自于总反冲能量的耐受性。算出枪支的净反冲能量(也称为后座感)是徒劳的。即使能够计算出由于以下项而导致的反冲能量损失，人为因素也是不可计算的：枪口制动；反冲动作或气动动作；汞反冲抑制管；反冲减少对接垫和/或手柄；射击背心和/或手套。

自由后座力可以被认为是反冲能量的科学测量。射击者容忍自由后座力的能力的舒适程度是个人感觉。这种个人感觉可能类似于例如一个人对他或她感觉到室内或室外温度多么舒适的个人感觉。

许多因素可以确定射击者如何可以感知他或她的小臂的自由后座力。所述因素中的一些包括但不限于：体重；身架；经验；射击位置；反冲抑制设备；小臂适合和/或环境压力源。

可以使用几种不同的方法来计算自由后座力。两种最常见的方法是通过动量短和长格式方程式来指示的。

两种格式可能产生相同的值。短格式使用一个方程，而长格式需要两个方程。在长格式中，可以首先确定发射/小臂速度。使用针对小臂已知的速度，可以使用平移动能方程式来计算小臂的自由后座力。计算可以被执行如下：

动量短格式：

E_tgu＝0.5*m_gu*[[(m_p*v_p)*(m_c*v_c)]/1000]²7m_gu ²

动量长格式：

v_gu＝[(m_p*v_p)+(m_c*v_c)]/(1000*m_gu)以及

和

E_tgu＝0.5*m_gu*v_gu ²

其中：

E_tgu是由焦耳(J)表示的小臂的平移动能。

E_tgu是以千克(kg)表示的小臂的重量。

m_p是以克(g)表示的射弹的重量。

m_c是以克(g)表示的火药装药的重量。

m_c是以米/秒(m/s)表示的小臂的速度。

v_p是以米/秒(m/s)表示的射弹的速度。

v_c是以米/秒(m/s)表示的火药装药的速度。

1000是将等式设置为千克的转换因子。

在各个实施方式中，直线电机可以包括滑块/杆，所述滑块/杆包括各自具有北极和南极的多个单独磁体。在各个实施方式中，多个单独磁体可以与面向相同磁极的相邻磁体的相同磁极纵向对准。在各个实施方式中，多个单独磁体可以与面对不同磁极的相邻磁体的不同磁极纵向对准。在各个实施方式中，滑块/杆中的多个单独磁体可以包括2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、19、20、25、30、35、40、45和/或50个磁体。在各个实施方式中，磁体的数量可以在上述列出的数字中的任意两个的范围之间。

直线电机可以包括关于电流的定时和/或量彼此可独立控制的多个磁线圈。在各个实施方式中，多个可独立控制磁线圈可以均关于电流的定时和/或量和/或电流的方向可独立控制。

在实施方式中，多个可独立控制磁线圈中的每一个可以包括彼此间隔开但串联电连接的多个子线圈段，使得电串联连接的间隔开的子线圈段形成单个可独立控制磁线圈。在各个实施方式中，多个线圈的第一可独立控制磁线圈的至少一个子线圈可以中间间隔在所述多个线圈的第二可独立控制磁线圈的两个间隔开的子线圈之间。

直线电机可以包括彼此纵向对准且紧密间隔的多个可独立控制磁线圈，其中至少两个相邻的可独立控制磁线圈可被通电以产生相反极化磁场。在实施方式中，直线电机可以包括纵向对准的多个可独立控制磁线圈，其中相邻的可独立控制磁线圈可以被同时通电以产生相反极化磁场。

在各个实施方式中，直线电机可以包括多个可独立控制磁线圈，所述多个可独立控制磁线圈可以彼此纵向对准且紧密地间隔开，滑动地连接到磁体的滑块，该滑块可以包括多个纵向排列的相邻磁体，其中，所述直线电机可以通过与所述多个磁体中的特定磁体和所述多个可独立控制磁线圈中的特定线圈的接近度有关地改变通过相应的可独立控制线圈的电流来导致磁体的滑块的移动。

在各个实施方式中，多个线圈中的多个可独立控制磁线圈可以包括至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、19、20、25、30、35、40、45和/或50个可独立控制线圈。在实施方式中，可独立控制磁线圈的数量可以在上述列出的数字中的任意两个的范围之间。

在一个实施方式中，可以提供独立地控制多个不同的可控重量单元的多个直线电机。

在一个实施方式中，壳体正面单元可以被设置成在壳体正面单元中具有多个不同间隔开的位置地点，以用于接纳和保持一个或更多个直线电机和可控重量单元。在各个实施方式中，位置地点可以由用户选择。

在另一个实施方式中，壳体正面单元可以被设置成具有多个不同的角度取向，以用于接纳和保持一个或更多个直线电机和可控重量单元。在各个实施方式中，角度取向可以由用户选择。

在又一个实施方式中，多个不同壳体正面单元可以被设置有不同位置和/或角度取向，以用于接纳和保持一个或更多个直线电机和可控重量单元。在各个实施方式中，位置地点和/或角度取向可以由用户选择。

在一个实施方式中，可以提供可选择的一组直线电机和可控重量单元，各个直线电机和可控重量单元具有包括壳体中的不同可控重量的间隔和/或取向的可调节配置。

在各个实施方式中，一个或更多个直线电机和可控重量单元可以包括多个不同重量插入件。

在其它实施方式中，直线电机和可控重量单元中的一个或更多个可以包括用于可控重量的多个不同且可选择的机械止动件位置。

在一些实施方式中，本文公开的方法和装置可以模拟一个或更多个可选择的游戏设备(诸如网球拍、棒球棒、魔杖、曲棍球棒、板球棒、羽毛球、桌球棍、拳击手套、剑、光军刀、弓箭、高尔夫球杆和钓鱼竿)的操作。

在各个实施方式中，本文公开的方法和装置可以与在触觉上模拟被仿真的系统的一个或更多个次要类型的动作，例如，光晕等离子体枪、折断的球拍、撞击棒球之后的球拍振动、武器、装料/装载等。

一个实施方式可以提供可以模拟M-4A1、AR-15、M-16步枪或任何其它类型的步枪的枪支模拟器主体20。虽然主体20在图1中示出为步枪，但是如本文所述的本公开的实施方式可以包括各种其它枪支主体。例如，本公开的实施方式可以包括用于手枪、步枪、猎枪和重型武器(包括M2、Mark 19、火箭推进手榴弹(RPG)发射器、迫击炮和机枪)的模拟系统。以上列表并不详尽，并且可以包括各种不同类型的主体，所述主体包括本文所述的用于游戏、军事和其它应用中的枪支模拟的反冲/冲击系统。

如图1至图4的示例实施方式所示，枪支模拟器主体20包括上部接收器120和下部接收器140。像常规M-16一样，上部接收器120可以通过螺钉或销以枢轴方式固定到下部接收器140。

下部接收器140可以包括自动手枪手柄160、设置在自动手枪手柄160前方的扳机170以及设置在自动手枪手柄160上方的选择器450。肩枪托220可以固定到下部接收器140。

枪管组件300可以安装到上部接收器120的前部。枪管组件300可以包括枪管310，枪管310可以直接固定到上部接收器120。下部护手盘330和下部护手盘340可以固定到枪管组件300。前视块360可以围绕枪管310设置。

图1是枪支训练系统10的一个实施方式的侧视图。图2是模拟枪支主体20的侧视图。图3是上部组件/接收器120的立体图。图4是模拟枪支主体20的分解视图。

枪支训练系统10可以包括具有可操作地连接到滑块600的直线电机500的模拟枪支主体20以及经由连接线总线54可操作地连接到直线电机500的控制器50。

模拟枪支主体20可以包括上部组件120和下部组件140。上部组件120可以包括枪管组件300、枪管310以及上部护手盘330和下部护手盘340。

下部组件140可以包括肩枪托220、缓冲管230和自动手枪手柄160。自动手枪手柄160可包括扳机170。弹药筒250可以可拆卸地连接到下部组件140。

直线电机500可以经由连接器组件700附接到上部组件120。连接器组件700可以包括第一端710、第二端720、连接器板721和722、具有孔750的连接器管740。连接器板721可以包括紧固件开口730，并且连接器板722包括紧固件开口732。

图5是直线电机500和滑块600的立体图。图6是直线电机500和滑块600的分解侧视图。图7是直线电机500和滑块600的组装图。

直线电机500可以包括可以与块600中的多个磁体640以电磁方式相互作用的多个520可独立控制通电线圈521、522、523、524、525、526、527、528、529、530等。通过控制多个可独立控制磁线圈520中的特定磁线圈的定时、电流方向和磁吸引力，可以控制块600的移动、加速度、速度和位置以获得与针对被模拟的特定枪支的随时间的特定冲量曲线近似的随时间的期望动量/冲量曲线。在本公开中可能有利的一种控制递送到直线电机的电力的方法是脉冲宽度调制(PWM)。PWM技术可以用于将消息编码成脉冲信号；它是一种调制方式。虽然该调制技术可以用于对用于传输的信息进行编码，但是其主要用途是允许控制提供给直线电机的电力。通过以高速率在接通和关断电源和负载之间进行切换来控制馈送到负载的电压(和电流)的平均值。与断电时段相比，开关接通越长，提供给负载的总电力越高。PWM切换频率比影响负载(使用电力的设备)的频率要高得多，也就是说，由负载感知的合成波形必须尽可能平滑。通常，电机驱动器完成切换需要数十kHz。例如，在一个实施方式中，可以使用PWM将滑块控制在10kHz至30kHz范围内以用于反冲/冲击产生。这可能有利于保持功率消耗低并且在直线电机上的运动中具有重复性。占空比描述了“开启(ON)”时间与规则间隔或“时段”的比例；低占空比对应于低电力，因为大部分时间电源都关闭。占空比可以以百分比表示，100％是完全开启。本文描述的特定直线电机应用的PWM使用的主要优点之一是开关设备中的功率损耗非常低。当开关被切断时，实际上没有电流。当开关被接通并且电力正被传送到负载时，跨开关几乎没有电压降。因此，作为电压和电流的乘积的功率损耗在两种情况下都接近于零。通过调节直线电机的占空比，当开关相对接通对切断时，特别是在电池/电源受到限制并且处于高价的脱离实际的使用的情况下，可以实现节能。在一个实施方式中，直线电机系统可以使用超级电容器组作为电源，并且占空比/PWM可以被选择成使得基于用于产生反冲的占空比来优化功耗，并且基于产生反冲/冲击所需的PWM来优化直线电机的分辨率(最小可重复线性运动)。

直线电机500可以包括可滑动地连接到直线电机500的块600。块600可以包括第一端610、第二端620和孔630。多个磁体640可包括在孔630内。直线电机500在模拟枪支中没有被用于控制反冲力。

图8是直线电机500和滑块600的支承件700的一个实施方式的立体图。支承件700可包括第一端710和第二端720。在第一端可以具有第一连接器凸缘721和第二连接器凸缘722。第一连接器凸缘721可以包括多个连接器开口730。第二连接器凸缘722可以包括多个连接器开口732。从第二端720开始可以是具有管状孔750的管状部740。直线电机500可以经由连接到多个连接器开口540的多个开口730和732被安装到支承件700。在安装到支承件700之后，直线电机500可以使得滑块600在孔750内部和相对于孔750可控地移动(例如，滑动、加速等)。

在一个实施方式中，可以使用机械止动件800来增加滑块600的自由后座力。可以在模拟枪支主体20内部使用机械止动件800以在允许行程长度660的末端是“刚性地”(即，使滑块600能够比直线电机500更快地负向加速到零)。这种快速停止可以通过增加对用户5产生的最大反冲力而对用户5产生增强的反冲作用。由于直线电机500使用具有电磁定子的磁滑块600，所以两者之间存在耦合以及设备能够实现的相应最大加速度和减速度。对于这种限制，可以采用机械止动件800。直线电机500通常通过使最初用于在相反方向上加速滑块600的驱动磁场反转来制动滑块600，以在行程长度660的末端停止。代替这种方法，制动被留下以在下部组件140内的滑块第二端620和机械止动件第一端810之间接触。这允许针对滑块600比针对直线电机500快得多的制动时间，通过这种更快的制动或减速来从滑块600产生更大反作用力，并因此在该时间点和位置由系统10产生更大的自由后座力值以用于滑块600。

在各个实施方式中，在模拟发射循环期间，当滑块600朝着与机械止动件800的碰撞而移动时，直线电机500可以控制滑块600的移动，使滑块600继续加速，直到滑块600的整个行程的最后1％为止。在实施方式中，当滑块600朝着与机械止动件800的碰撞而移动时，加速度可以增加，直到滑块600的整个行程的最后2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％和/或40％。在一些实施方式中，当滑块600朝着与机械止动件800的碰撞而移动时，增加的加速度的控制可以直到滑块600的整个行程的上述参考百分比中的任意两个百分比的范围。

在模拟发射循环期间，直线电机500可以控制滑块600的移动，使得滑块600持续加速，直到滑块600与机械止动件800碰撞之前的1毫秒为止。在实施方式中，加速度可以增加，直到滑块600与机械止动件800碰撞之前的2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、15、16、18和/或20毫秒为止。在各个实施方式中，增加的加速度的控制可以直到滑块600与机械止动件800碰撞之前的上述参考时间段中的任意两个的范围。

模拟枪支主体20可以包括可操作地连接到用于控制操作枪支训练系统10的类型的控制器50的选择器开关450。例如，选择器开关450可以具有诸如以下的多种模拟模式：(1)安全性；(2)半自动发射模式；(3)全自动发射模式；以及(4)突发发射模式。

为了使用枪支训练系统10，用户可以选择选择器开关450的位置，将模拟枪支主体20瞄准目标，并且拉动扳机170。当扳机170被拉动时，控制器50可以使直线电机500在运动学上控制滑块600以产生可以被传递到持有模拟枪支主体20的用户的反作用力。通过控制滑块600而产生的反作用力可以被控制为基本类似于当从被模拟的枪支发射时模拟特定弹药的时间和数量。

在一个实施方式中，可以识别从要被模拟的特定枪支发射的特定一发弹药的时间对力线图，并且控制器50可以被编程为控制直线电机500以控制滑块600的移动，从而通过控制滑块的加速度对时间来产生随时间基本上相同的力。因为力等于加速度乘以质量的乘积，所以控制加速度对时间也能控制力对时间。

在一些实施方式中，可以生成多个模拟数据点集(诸如力对时间值)。在一个实施方式中，可以在要被模拟的枪支中测试特定类型的弹药，并且可以产生明显的反冲力对时间的数据集。可以在多个时间进行多次测量。在一个实施方式中，可以创建用于直线电机的程序，以使滑块600的反作用力在时间和幅值二者上与针对多个点的这种仿真的力线图基本上匹配。在实施方式中，可以与至少3个点匹配。

在各个实施方式中，可以与至少3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20个、25个、30个、35个、40个、45个、50个、60个、70个、80个、90个和/或100个模拟点数据集基本上匹配。在实施方式中，可以与上述指定数量的模拟点数据集中的任意两个之间的范围基本上匹配。

在一个实施方式中，系统10可以用于对被估计将发生的力与时间曲线进行仿真，模拟发射特定大小和类型的弹药的特定枪支。

反冲可以被认为是枪支对在使枪支发射的用户的力。这种反冲力可能取决于枪支的大小和构造以及从枪支发射的子弹的特征。与第二种类型的弹药相比，当枪支发射第一种类的弹药时，对同一枪支的用户施加的反冲可能不同。

在实施方式中，组合的直线电机500和滑块600可以具有近似于被模拟的特定枪支的质量的总质量。在一个实施方式中，包括组合的直线电机500和滑块600的模拟枪支主体20具有近似于被模拟的特定枪支的质量的总质量。在各个实施方式中，组合的直线电机500和/或滑块600可以具有总质量(和/或包括组合的直线电机500和滑块600的模拟枪支主体20)，该总质量是被模拟的特定枪支的质量的约65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％和/或100％。在实施方式中，可以使用上述参考百分比中的任意两个之间的范围。

在实施方式中，可以提供基本上平衡的模拟枪支主体20。通过将直线电机500定位在模拟枪支主体20的前部，可以实现更好的重量平衡以及模拟的反作用力矢量的更实际起始位置。通过以这种方式定位滑块600移动，当系统10空转并且扳机170未被拉动时，模拟枪支主体20的枪管300重量和重心可能对用户5更为实际。这是由于滑块600的起始位置。在一个实施方式中，在上部组件120中使用的枪管310材料可以不是钢，并且由于与被模拟的真实枪支的上部组件相比在重量分布上的变化，上部组件120可能使用户5感到不真实。为了解决这个问题，在反冲模拟循环的初始阶段，滑块600的一部分可以放置在枪管310内。滑块的此部分可以模仿枪管310中的该额外“丢失”重量，来自直线电机500的定子的额外重量也是有帮助的。当用户使系统10发射时，滑块600从枪管310朝向模拟枪支主体20的后部移动，并且由于止动件800而停止，即使在冲击的开始时也是如此。滑块600然后可以返回到其初始位置，并且为用户5产生无缝效果，即，当枪没有发射时，枪的重量分布“感觉”正确。此外，由于模拟枪支主体20的重量分布在反冲/冲击效果的过程期间改变，所以用户5可以感觉到附加的向后载荷，增强了感觉到的直线电机的反冲/冲击效果。这是由于直线电机滑动器以高加速度朝向机械止动件移动，使枪支朝向模拟器的后端不平衡，然后撞击机械止动件，使模拟枪支的前部升高，如图18至图21所示。当模拟枪支上升时，朝向地面的附加静态载荷可以由于重心的变化而放在用户5的肩上，从而使用户5感觉到来自撞击机械止动件的直线电机的增加反冲效果以及重量的新角度分布。此外，滑动器可以返回到其初始位置以完成反冲循环，并且这也对用户5施加附加力。虽然上面论述的图示出了步枪，但是相同原理可以应用于本文中所论述的各种不同枪支和设备，主要将直线电机定位在设备中，控制滑块的位置和/或定位机械止动件以优化针对特定设备和用户的特定触觉效果。

在不同实施方式中，如果需要，直线电机500的位置可以从手柄位置(诸如枪托220中)移动或者进一步向上移动到接收器中。

图9是模拟枪支主体20的一个实施方式的侧视图。滑块600的线性行程的量可以由箭头660示意性地指示。在该视图中，滑块600的第二端620的实际位置666由指示滑块600的第二端620在行程长度660上的瞬时位置的“时间相关”垂直线666”'示意性地示出。箭头1320示意性地表示可以由直线电机500通过滑块600的时间相关加速度产生的时间相关反冲力。在安装直线电机500之前或之后，夹子(clip)650可以从滑块600移除，以便如果需要的话，在控制滑块600期间允许滑块600的第一端610和第二端620进入直线电机500在多个线圈520的第一端530和第二端534之间的多个线圈520。

图10是图1所示的模拟枪支系统的各种操作的示意流程图。在一个实施方式中，控制器50可以被编程为控制直线电机500以控制滑块600在滑块600的自由行程的长度660内的运动学移动，以使滑块产生期望反作用力对时间曲线，其中，这样的力对时间曲线可以模拟在被模拟的特定枪支中发射的特定子弹的力对时间曲线。直线电机500可以包括受控滑块600以及电机逻辑控制器504。电机逻辑控制器504可以可操作地连接到控制器50。电源60(例如，24伏)可以连接到直线电机的逻辑控制器504和控制器50二者。由于直线电机500定子的较大电流需求，可以将单独电源60(例如，72伏)连接到直线电机500。

测序

图11至图15是示出在相对于模拟枪支主体20的四个不同位置处的直线电机500的滑块600的测序侧视图。在一个实施方式中，系统10可以被编程为模拟用户5可以在特定步枪中使用的不同弹药类型的反冲。可以通过测量要由系统10模拟的特定武器系统中的实际循环的力对时间并且通过使用“自由后座力”公式确定由要被模拟的真实枪支系统产生的能量实现系统10的编程。一旦已知要被模拟的真实枪支系统的力对时间并且已知真实系统的自由后座力，则系统10可以被编程为使滑块600产生与相同或相似力对时间基本上匹配的反作用力以及应该被递送到用户5的自由后座力能量。这种方法可以给予与从针对用户5模拟的真实枪支发射的实弹相同的感觉到的反冲。

因此，通过以预选时间间隔或滑块600的点来改变行程距离、速度、加速度和/或减速度，可以控制从模拟枪支主体20赋予用户5的反应性反冲力。可以控制该反应性反冲力以模仿或模拟：

(1)由被模拟的特定枪支中的特定类型的弹药产生的反冲力；

(2)由被模拟的特定枪支中的不同类型弹药产生的反冲力；所述不同类型的弹药可以使用更多火药/更少火药，或者使用更高重量的子弹/更少重量的子弹或两者的一些组合。

可以通过仅使直线电机500随时间改变滑块600的动态移动来模拟不同类型的反冲力。例如，如果期望在反冲时间段期间的特定时间点处需要较大的力，则在这样的特定时间点处，直线电机仅仅增加滑块600的瞬时加速度以引起这种反作用力。

图16是绘制第一发弹药的假想反冲力对时间的曲线(通过正方形刻度线显示)以及由直线电机以动力学方式控制滑块的动力学引起的力对时间(通过三角形刻度线显示)。图16可以针对测序图11至测序图15被比较。在时间零点，滑块600的第二端620如图11中所示在位置666处被示出，并且刚刚开始在箭头1300的相反方向上加速(使箭头1300方向上的反作用力施加到模拟枪支主体20和用户持有主体20)。直线电机500使滑块600的第二端620加速并沿箭头1300的相反方向移动，直到第二端620达到与止动件800的第一端810接触的位置666'(图12所示)。紧接在达到666'之前，滑块600的加速度产生在箭头1300的方向上的反冲力(在图16中的时间16毫秒处示出并且是负反作用力)。然而，紧接在第二端620和第一端810之间的冲击之后，这种碰撞/接触导致滑块600在箭头1310的相反方向上的加速度，产生在方向1310上的反作用力(在图16中的时间16毫秒和36毫秒之间示出并且是正反作用力)。在第二端620和第一端810之间的接触/碰撞的该相同时间段期间，直线电机500可以独立地使滑块沿着箭头1310的相反方向加速(通过力矢量加到图12所示的反作用力1310)。从图16所示的曲线图上的时间36毫秒到66毫秒，控制器50可以被编程为使直线电机500控制滑块500的加速度产生期望的模拟反冲反作用力。

图13示出了位置666”处的第二端620，其中，直线电机可以使滑块600加速以产生在图16中的41毫秒处示出的反作用力。图14示出了位置666”'处的第二端620，其中，直线电机可以使滑块600加速以产生在图16中的56毫秒处示出的反作用力。图15示出了用于下一个反冲循环的起始位置666处的第二端620。目前在图14中所示的可能666”'到图15中所示的位置666之间，直线电机500可能必须使滑块沿着箭头1330的方向加速(最终减慢，然后使滑块600停止在位置666处，以准备用于下一个反冲循环)。然而，这种缓慢加速度可以被控制到最小值以使施加在模拟枪支主体20和用户5上的负反作用力的量最小化。这种负反作用力未在图16中示出，并且可以相对小。以这种方式，用户在特定枪支中发射特定类型的子弹所经受的反冲力的幅值和这些幅值的定时可以通过由直线电机500控制的滑块600的编程运动学来模拟。

为了模拟多个发射循环，直线电机500可以控制滑块600的动态移动，以产生针对期望次数或循环的滑块600的运动学移动的重复力对时间图案/线图。

图17是绘制第一发弹药的假想反冲力对时间(通过正方形刻度线显示)以及由直线电机在运动学上控制滑块的动力学(由三角形刻度线显示)导致的力对时间的曲线图。图17示出了通过编程直线电机500控制滑块600的运动学移动模拟的具有不同力对时间曲线的不同子弹。此外，曲线的整个周期可能不同于66毫秒，并且可以根据正在模拟发射特定子弹的枪支的反冲特征而改变。

直线电机500通过滑块600产生反作用力的能力可以通过滑块600的质量的交替进一步增强。在一个实施方式中，可以使用不同总长度用于滑块600(较大长度选项具有较大质量)。通过针对这种质量的给定加速度的更大质量，所产生的反作用力由公式-力等于质量乘以加速度-来得到。在各个实施方式中，滑块600可以是滑动器长度为270mm，或者可以是长度为350mm，并且这种可选滑块600、600'可以与直线电机500互换以修改滑块600的质量。270mm的滑块600具有215克的质量，并且350mm的滑块600'具有280克的质量。质量的变化导致加速所引起的不同反作用力以及不同自由后座力能量，这可以用来更好地近似由特定发弹药产生的力对时间曲线。

此外，滑块600的长度改变总加速度和行程长度660。直线电机500必须近似由特定发弹药产生的力对时间曲线。

利用较短的滑块600，直线电机500可以由于较长加速时间而实现较高速度，并因此给予用户较大自由后座力能量值。

针对不同滑块600、600'的最大反作用力可以如下计算：

E_tgu＝O.5*m_gu*v_gu ²

由于没有火药装药的粉末或速度，因此这些相应值(v_c&m_c)变为零，导致标准动能公式K＝(0.5*m*v²)。对于两个滑动器，针对E_tgu获得的最大值如下：

图18至图21是例示使枪支模拟主体20重复地发射的个人5的示意性测序图，其中反冲随着重复射击而造成准确性损失增加。这些图示意性地显示了通过半自动突发发射模式的模拟训练练习，其中电子反冲训练个人5以用于准确性。

一个实施方式使用具有直线电机500的枪支模拟主体20来模拟发射特定类型的子弹的M4A1步枪(但是在不同实施方式中设想其它类型的枪支和子弹)。在一个实施方式中，选择器开关450可以具有以下三种操作模式：(1)半自动，(2)突发和(3)全自动。在图18至图21中示意性地示出了在选择突发模式之后的用户发射。在突发模式(2)中，系统10可以执行一系列三个模拟子弹发射。

用户5通过使用选择器开关450来选择期望哪种类型的模拟用于该特定枪支。如图18中示意性地所示，用户5可以将模拟枪支主体20瞄准目标区域1400。然后，用户5可以拉动连接到扳机开关172的扳机170，向控制器50发送信号。控制器50可以控制直线电机500，直线电机500进而可以控制滑块600。控制器50还可以控制激光发射器1200。瞄准可以通过激光发射器、磁跟踪、光学跟踪、3D激光跟踪等转换到系统。

可以将许多类型的跟踪系统用于/并入本公开。例如，可以使用结合定位技术以确定房间、建筑物或世界上的物体或人的位置和方向的定位系统。飞行时间系统通过测量发射器和接收器之间的脉冲信号的传播时间来确定距离。当已知至少三个位置的距离时，可以使用三边测量来确定第四位置。在其它实施方式中，还可以使用诸如激光测距跟踪器的光学跟踪器。然而，这些系统经常遭受瞄准线(line of light)问题，并且其性能可能受到环境光和红外辐射不利影响。另一方面，它们在存在金属的情况下不会发生失真效果，并且可以由于光速而具有高更新速率。在其它实施方式中，也可以使用超声波跟踪器。然而，这些系统具有更多受限范围，这是因为行驶的距离会损失能量。它们也可能对超声波环境噪声敏感，并具有低更新速率。但是主要的优点是它们不需要瞄准线。诸如全球导航卫星系统的使用无线电波的系统由于环境光而不会受到影响，但是仍然需要瞄准线。在其它实施方式中，还可以使用空间扫描系统。这些系统通常可以使用(光)信标和传感器。可以区分两个类别：(1)信标放置在环境中的固定位置并且传感器位于目标上的内外系统(inside outsystem)，以及(2)信标位于目标上并且传感器在环境中的固定位置处的外内系统(outsidein system)。通过将传感器瞄准信标，可以测量它们之间的角度。通过三角测量，可以确定目标的位置。在其它实施方式中，也可以使用惯性感测系统，并且它们的优点之一是它们不需要外部参照物。相反，这些系统相对于已知起始位置和取向使用陀螺仪测量旋转或使用加速度计测量位置。由于这些系统测量相对位置而不是绝对位置，所以它们可能遭受累积误差，因此会发生漂移。系统的周期性重新校准可以提供更高的精确度。在其它实施方式中，也可以使用机械联动系统。这些系统可以在参照物和目标之间使用机械联动装置。通常可以使用两种类型的联动装置。一种是可以各自旋转的机械部件的组件，为用户提供多个旋转能力。可以从用增量编码器或电位计测量的各种联动角度来计算联动装置的取向。其它类型的机械联动装置可以是以卷成线圈的电线。弹簧系统可以确保电线被拉紧以便精确地测量距离。机械联动跟踪器所感测到的自由度取决于跟踪器的机械结构的构造。尽管最常提供六个自由度，然而由于接头的运动学和每个联动装置的长度而通常可能只有有限范围的运动。此外，结构的重量和变形可能随着目标与参照物的距离而增加，并且对工作体积施加限制。

在其它实施方式中，可以使用相位差系统。与来自参考发射器的输入信号的相位相比，这些系统测量来自移动目标上的发射器的输入信号的相位偏移。由此可以计算发射器相对于接收器的相对运动。像惯性感测系统一样，相位差系统可能会受到累积误差的影响，因此会发生漂移，但是由于可以连续测量相位，所以能够产生高数据速率。在其它实施方式中，也可以使用直接场感测系统。这些系统使用已知场来导出方位或位置：简单罗盘使用地球的磁场来获知其在两个方向上的方位。倾角仪可以使用地球的重力场来确定其在剩余第三个方向上的方位。然而，用于定位的场不需要来自自然。彼此垂直放置的三个电磁体的系统可以定义空间参照物。在接收器上，三个传感器测量作为磁耦合的结果而接收到的场的通量的分量。基于这些措施，系统可以确定接收器相对于发射器的参照物的位置和方位。因为本文描述的每个系统都有其优点和缺点，所以大多数系统可以使用多于一种技术。如同惯性系统的基于相对位置变化的系统可能需要对具有绝对位置测量的系统进行周期性校准。

将两种或更多种技术组合的系统被称为混合定位系统，并且可以与本文所述的本公开的各个实施方式一起使用。在一个实施方式中，磁跟踪可以与枪支外围主体20一起使用并且基本上跟踪其运动轮廓。在实施方式中，外围主体20的光学跟踪可以通过将主体20上的光学标记放置在可能不被用户5阻碍的关键点中来实现，并且可以允许预编程相机(光学跟踪器)成功地跟踪主体20的方位以用于游戏和模拟训练。在一个实施方式中，可以使用直接场感测，以通过放置在主体20上以测量角度取向的变化的陀螺仪传感器或其它惯性传感器以及通过放置在主体20上的磁跟踪来跟踪主体20。添加两个传感器以实现用于跟踪主体20的可实现分辨率。在一个实施方式中，直接场感测(磁和惯性跟踪)可以与光学跟踪一起使用以跟踪枪支外围主体20，以便通过使用光学跟踪利用绝对定位参照物校准直接场感测跟踪器并因此避免漂移来增强主体20在3D空间中的位置的分辨率。在示例性实施方式中，主体20可以是根据本公开的提供触觉效果的任何类型的模拟主体，包括游戏设备/外围设备或枪支。

控制器50可以控制直线电机500，使得在努力模拟个人将经历实际模拟用于特定枪的特定子弹的反冲力时，滑块600贯穿根据预定义反作用力对时间产生反作用力的预编程运动学移动。控制器50还可以连接到红外激光系统1200，红外激光系统1200可以与拉动扳机170的用户5同相。激光1200可以在目标画面(区域1400或1410)上模拟，其中子弹将会从模拟枪支主体20行进。如果用光学或磁瞄准(跟踪/定位)替换激光器1200，则可以将在3D空间中的枪支外围的位置的坐标转换为用于准确跟踪正面主体20的游戏模拟。这可以允许扳机170被用户5拉动，并且可以执行子弹轨迹的精确计算并将其插入到用于实时跟踪和游戏的模拟中。

在图19中，三发模拟突发中的第一发模拟突发，激光器1200可以射出激光线1220并且在目标区域1400中具有命中1221。在图20中，三个模拟突发弹中的第二模拟突发弹，激光器1200可以射出激光线1230并且在目标区域1400中具有命中1231(但更靠近非目标区域1410)。在图21中，三个模拟突发弹中的第三模拟突发弹，激光器1200可以射出激光线1240并且在非目标区域1410中具有命中1241。箭头1350示意性地表示设置在主体20上的模拟反冲，导致用户5的瞄准劣化。通过重复使用系统10，用户5可以习惯于模拟的反冲并且调节他的瞄准。

在实际训练练习中，投影系统可以模拟用户5的“目标空间”和“非目标”空间。如果用户5发射到画面1400之外，则这可以视为“非目标”空间1410。这些目标1400可以是移动的或静止的，并且可以在大小和形状上变化很大。然而，投影系统可以计算目标空间和非目标空间中的子弹撞击的总数(例如，1221、1231)并将它们加起来。这允许使用以下公式来确定用户5的准确度：

准确度＝[[总数(非目标空间)]/总数]*100％

例如，如果用户共发射10次，对应于目标空间1400中的4次射击以及非目标空间1410中的6次射击，则公式将读为：

准确度＝[[10-6]/10]*100％。

该模拟将给予用户40％的准确度。由于可能产生实际反冲效果并且将用户的视线从他所瞄准的目标空间1400移开，所以系统10可以帮助训练用户5以使真实枪支系统更准确地发射而不需要发射实弹。在一个实施方式中，本文描述的投影系统可以由计算机系统和视觉显示系统组成。

位于枪管310内的可以是激光发射器1200。激光发射器1200组件可以包括电路板、电池盒、开关和激光发射器。激光发射器1200可以优选地容纳在枪管310内，并且可以被定向成发出与枪管310的纵向中心线基本上平行并同轴的激光束。

根据本公开的示例性实施方式，使用如本文所述的跟踪系统或其组合，用户和/或装置可以被实时跟踪以进行游戏和/或模拟目的。例如，可以通过操纵杆或通过主体20的磁或光学跟踪对枪支外围主体20的控制来实现可以被转换成模拟的用户移动的跟踪。代替通过仅将跟踪应用于枪支主体20间接地跟踪，也可以通过磁或光学跟踪直接跟踪用户5。因此，通过添加附加的移动-除了通过激光器1200的2D固定瞄准-在游戏和训练模拟中可以获得更加拟真和全面的真实性。虽然在上述示例中论述了枪支外围主体20，但是可以跟踪包括本文描述的游戏设备的其它设备。

此外，使用头戴式显示器(HMD)和也被称为光学头戴式显示器(已经被小型化并贴在用户头上的传统屏幕显示器/投影系统)的基于投影的显示器的虚拟现实场景越来越需要生成更多准确且成功的模拟和游戏环境。这些新的显示系统可以包括头戴式显示器(或例如用于航空应用的头盔安装式显示器)，其是戴在头上或作为头盔的一部分的显示设备，该头戴式显示器可以在一只眼睛(单眼HMD)或每只眼睛(双眼HMD)前面具有小显示光学元件。还可以使用光学头戴式显示器(OHMD)，其是具有反射投射图像以及使得用户能够观察到它的能力的穿戴式显示器。典型的HMD可以具有一个或两个小显示器，所述显示器具有嵌入在头盔、眼镜(也称为数据眼镜)或遮阳板中的透镜和半透明反射镜。显示单元可以被小型化，并且可以包括CRT、LCD、硅上液晶(LCos)或OLED。一些供应商可以使用多个微显示器来增加总分辨率和视野。HMD在是否可以只显示计算机生成图像(CGI)、显示来自现实世界的实时图像或两者的组合方面不同。大多数HMD只显示计算机生成图像，有时也称为虚拟图像。一些HMD可能允许将CGI叠加在现实世界中。这有时可能被称为增强现实或混合现实。将现实世界视图与CGI结合可以通过部分反射的反射镜投射CGI并直接观察现实世界来完成。这种方法通常被称为光学透视。将现实世界视图与CGI结合也可以通过接受来自相机的视频并且将其与CGI以电子方式混合来以电子方式完成。这种方法通常被称为视频透视。

光学头戴式显示器可以使用由部分镀银的反射镜制成的光学混合器。它具有反映人造图像以及让真实图像穿过透镜并让用户观察到它的能力。已有各种技术用于透视HMD。这些技术中的大多数可以归纳为两个主要的系列：基于“弯曲反射镜”的和基于“波导”的。由其Star 1200产品中的Vuzix和Laster Technologies使用弯曲反射镜技术。各种波导技术已经存在了一段时间。这些技术包括但不限于衍射光学、全息光学、偏振光学和反射光学。

主要的HMD应用包括军事、政府(消防、警察等)和民用/商业(医药、视频游戏、体育等)。

加固耐用的HMD越来越多地被集成到现代直升机和战斗机的驾驶舱中并通常与飞行员的飞行头盔完全集成，并且可以包括防护面罩、夜视设备和其它符号学的显示器。

工程师和科学家使用HMD来提供CAD原理图的立体视图。这些系统也可用于复杂系统的维护，因为它们可以通过将计算机图形(诸如系统图和影像)与技术人员的自然视觉结合，为技术人员提供有效的“x射线视觉”。还存在手术中的应用，其中影像数据(CAT扫描和MRI成像)的组合可以与外科医生的手术的自然视图和麻醉组合，其中患者的生命体征可以总是在麻醉医师的视野范围内。研究型大学经常使用HMD进行有关视力、平衡、认知和神经科学的研究。

低成本HMD设备可用于3D游戏和娱乐应用。最初商业可用的HMD之一是1994年在消费电子展(CES)上宣布的Forte VFX-1。VFX-1具有立体显示器、3轴顶轨和立体声耳机。该领域的另一个先驱者是索尼公司，索尼公司于1997年发布了Glasstron，Glasstron具有作为可选附件的允许用户观察周围环境的位置传感器，随着头部移动，视角移动，提供了深入的沉浸感。

该技术的一个应用是在游戏2中，其允许Sony Glasstron或VirtualI/O Inc.的iGlasses的用户从飞行器的驾驶舱内部采用新的视角，使用他们自己的眼睛作为视觉和通过他们的飞行器自己的驾驶舱看战场。许多品牌的视频眼镜现在可以连接到视频和DSLR相机，使其可用作新时代显示器。作为眼镜能够阻挡环境光的结果，制片人和摄影师能够看到更清晰的现场图像演示。

Oculus是由Palmer Luckey创建的即将推出的虚拟现实(VR)头戴式显示器，由Oculus VR,Inc.开发，用于虚拟现实模拟和视频游戏。VR耳机也计划与Xbox和等游戏机一起使用。

HMD的一个关键应用是训练和模拟，允许在可能在现实生活中过于昂贵或太危险而无法复制的情况下虚拟安置受训者。与HMD的训练涵盖广泛的应用，包括但不限于驾驶、焊接和喷漆、飞行和车辆模拟器、跳下动作士兵训练和医疗手术训练。

本公开的实施方式可以与上述系统一起使用。在一个实施方式中，HMD可以用于模拟系统中，该模拟系统结合包括直线电机反冲/冲击系统的外围主体20，并且允许用户5在三维虚拟空间内的模拟目标处通过3D位置跟踪主体20发射，同时产生反冲以模拟枪发射。在一个实施方式中，HMD可以用于游戏系统中，该游戏系统结合包括直线电机反冲/冲击系统的3D位置跟踪外围游戏主体，并且允许用户5通过经由直线电机500与虚拟空间的交互产生触觉输出来与虚拟空间交互。在一个实施方式中，虚拟空间可以由计算机系统控制和产生，以将视觉信息发送到HMD或其它视觉系统。在另一个实施方式中，虚拟空间可以从本文描述的跟踪方法获得定位数据，并且可以将该定位数据发送到计算机，该计算机然后可以更新虚拟空间并且可以将虚拟空间的视觉信息发送到HMD或其它视觉系统。在另一个实施方式中，本文描述的模拟系统可以包括计算机系统。在另一个实施方式中，本文描述的模拟系统可以包括使虚拟模拟、视觉显示、跟踪系统、包括滑块的直线电机以及控制直线电机的滑块的移动的控制器运行的计算机系统。在另一个实施方式中，本文描述的游戏系统可以是计算机系统。

在示例性实施方式中，具有低循环速率的全自动发射的典型循环速率为约每分钟600发。以高循环速率进行全自动发射的典型循环速率为每分钟约900发，大致模拟了M-4A1、AR-15和/或M-16步枪的循环速率。

因此，枪支训练模拟器模拟了旨在用于训练射击者的枪支的反冲、循环速率、配置、控制和操作模式。训练模拟器可以进一步提供机会，以在使用激光而不是实弹的安全和降低设备成本的情况下进行在屏幕上投射的决策作出训练场景，同时复制常规枪支的足够数量的特征，使得训练可以有效地转移到常规枪支上。

在另外实施方式中，提供可以结合到现有结构中的系统，包括被设计用于使用气体力学来提供反冲的结构。参照图1中的模拟器10，控制器50可以按照如本文所述的有线或无线通信类型配置附接到现有系统的基础设施以及直线电机500。实施方式包括其中控制器50的组件也可以位于模拟器10的主体20内的配置。现有基础设施可以连接到可以在游戏/模拟统计中跟踪用户5的模拟/游戏计算机。根据特定安装/应用，现有基础设施可以包括气动系统先前插入以与模拟/游戏计算机进行通信的通信/电源插座(例如，在地板/墙壁上/从天花板悬挂等)。在一些实施方式中，控制器50可以插入这些插座以用于与模拟/游戏计算机进行通信。一旦模拟/游戏计算机按照有线/无线或混合配置连接到控制器50，则可以跟踪系统10以用于评估用户5。例如，计算机可以确定用户5在训练练习中耗费了多少发，无论用户5是否正在基于加速度计或来自扳机的可比较传感器数据正确地挤压扳机，和/或用户5是否已经在游戏/在模拟目标击中。图51是例示了在附加场景/游戏中从左侧的用户5的数据收集，同时使线图的右侧(来自游戏/模拟的电机反馈)打开以用于来自直线电机500的更加身临其境的反馈。

图22是直线电机500和滑块600的另一个实施方式的立体图。直线电机500可以包括传感器550和552，其可以是霍尔效应传感器。图23是移除了示例性的多个磁体640的滑块600的立体图。图24是移除了示例性的磁体640的滑块600的放大立体图。在图23和图24中，多个磁体640(例如，磁体642、644、646等)可以包含钕。另外，成对的磁体640之间可以是间隔件(例如，磁体642和644之间的间隔件643、以及磁体644和645之间的间隔件645)。在优选实施方式中，间隔件可以包含铁(诸如铁磁性铁)。在实施方式中，多个磁体640可以被对齐以使得相同极面对相同极(即，北极对北极以及南极对南极)。如图23和图24所示，从左手侧开始，第一磁体640的左极为北，并且第一磁铁640的右极为南。在中间，第二磁体640的左极为南，并且第二磁体640的右极为北。最后，位于最右侧的第三磁体640中，第三磁体640的左极为北，并且第三磁体640的右极为南。在示例性实施方式中，相同磁极面对相同磁极的图案在整个滑动器600中重复。因此，容纳在滑动器/被驱动块600中的多个磁体640可以具有彼此面对产生排斥力的相似极。在优选实施方式中，滑块600的外壳可以将多个磁体640和间隔件牢固地保持在一起。在一个实施方式中，外壳可以是不锈钢，其可以是基本上不干扰直线电机500的多个线圈520与滑块600的多个磁体640之间的磁力的非磁性材料。在一个实施方式中，滑块600可以使用例如钕磁体和陶瓷磁体的磁性材料的组合，使得对于已知的一组移动，磁体的布置可以降低生产成本，同时基本上保持所述已知的一组移动所需的加速度轮廓。例如，如果初始移动要求滑块600的高加速度，则滑动器600可以被选择为使得最昂贵且最强的磁体在移动之前位于直线电机500的线圈内。这允许在直线电机系统中输入有效地将滑块600加速到高速度的高能量，然后可以使用陶瓷磁体将钕磁体以较低的速度返回到线圈的中心，准备好用于下一次反冲/冲击效果移动。

图22展示了具有直线电机500和滑块600的直线电机系统。图60示出了包括四个磁体的滑块600。如图所示，两个钕磁体位于中心，并且两个陶瓷磁体位于两端。针对每次移动，这两个钕磁铁在定子内部启动。这可以允许最强磁体在直线电机系统的行程的初始部分期间使滑块600快速地加速。当达到陶瓷磁体时，直线电机500仍然可以控制滑块600，并且可以利用定子中心的钕磁体使滑动器返回到其初始起始位置。这允许更高成本的钕磁体被保存，同时使用低成本的陶瓷磁体，以允许直线电机500以基本上相同的功能执行反冲/冲击效应和触觉反馈移动。

在一个实施方式中，滑块600可以具有为不同类型磁体的不同长度磁体。

在一个实施方式中，滑块600可以具有为相同长度的钕和陶瓷磁体，其被设置在直线路径中以产生最有效的单一反冲/冲击效果或触觉反馈效果。

在另一个实施方式中，滑块600可以具有为不同长度的钕和陶瓷磁体，其被设置在直线路径中以产生最有效的单一反冲/冲击效果或触觉反馈效果。

在实施方式中，可以修改直线电机500，使得线圈可以为两种磁体类型提供最有效的能量传递。

在一个实施方式中，可以修改直线电机500，使得线圈可以为一种磁体类型提供最有效的能量传递。

在一个实施方式中，滑块600可以具有为多种配置(长度和顺序的变化)的多种磁性材料(钕、陶瓷等)，以产生有效的反冲/冲击效果或触觉反馈效果。

图25至图29示意性地示出了当多个磁体640由多个线圈520驱动时直线电机500和滑块600的操作。图25是例示了直线电机500中的多个线圈520的操作的示意图。图26和图27是例示了直线电机500中的线圈520在两个不同通电状态下的操作的示意图。

在图25中，直线电机500的定子中的线圈521、523和525可以串联布线并被标记为相位1(当串联布线在一起时，相位1的这些线圈可以被认为是单个可独立控制磁线圈的子线圈)。线圈522和524也可以串联布线并标记为相位2(当串联布线在一起时，相位2的这些线圈可以被认为是单个可独立控制磁线圈的子线圈)。根据设计，直线电机500的多个可独立控制磁线圈520可以按照相同或不同的方向缠绕。处于相位1和2的每个可独立控制线圈在通电时可以产生其自己的磁场。取决于相位被极化和线圈缠绕的方式，这允许多个线圈520中的为相位1和2的可独立控制磁线圈彼此排斥或者使得为相位1和相2的线圈能够彼此吸引。这些另选极化状态如图26和图27中所示。在图26中，相位1和相位2在相同方向上被极化，使得这两个相位中的线圈彼此吸引。在图27中，相位1和相位2在相反方向上被极化，使得这两个相位的线圈彼此排斥。通过改变直线电机500的多个可独立控制磁线圈520中的相位的极化，滑块600可以根据需要通过多个线圈520可控地移动，从而产生可以包括时间依赖受控力(冲量)、加速度、速度、位置和/或动量的期望反作用力。

图28和图29是例示了滑块600的多个磁体640通过直线电机520中的多个线圈520在不同通电状态下的移动的示意图。

图28示意性地指示了具有多个磁体640的滑块600通过直线电机500的多个线圈520的初始移动。在图28中，滑块600的第一磁体642进入直线电机500的多个线圈520。然后，多个线圈520可以被通电，相位2如图所示被极化，相位1不被通电(或关断)。这使得磁体642(和滑块600)被更深地拉入到多个线圈中(由向右的箭头示意性地指示)。如图29示意性所示，当第一磁体642向线圈522移入到一半时，相位1可以被通电(或导通)，从而在磁体642上产生拉力并且在排斥磁体642的同时将第二磁体644加速到线圈521的中心。当多个磁体640相对于多个线圈520达到稳定状态时，滑块600的移动最终停止，在这种情况下，线圈521和522的北极分别与磁体644和642的北极对齐；并且线圈522的北极与磁体644的南极对齐，线圈521的南极与磁体642的北极对齐。因此，磁力处于平衡并且移动停止，同时相位1和2通过该极化保持通电。因此，通过使线圈接通或切断以及通过使线圈极化交替，滑动器(填充有钕磁体)可以通过定子(由许多线圈组成)被推动或拉动。此外，可以增加图25至图29中所示的线圈的数量以具有更大的加速横截面。

在一个实施方式中，在直线电机500中可以存在两个或更多个相位。

在另一个实施方式中，直线电机500中的两个相位可以使用两个或更多个线圈520。

可以根据相位相差90度的霍尔效应传感器550和552的函数来测量滑块600的速度、加速度和直线距离。异相霍尔效应传感器550和552可以响应于增加或减少的磁场而产生线性电压。图22示出了直线电机500和传感器550、552中的机械对齐。图30中描绘了传感器550和552根据磁场强度(通过传感器的通量)对电压(传感器外)的函数给出的响应，图30是例示了磁通密度对电压输出的线图。

图31和图32是针对滑动器移动通过直线电机的传感器550和552电压响应对时间的示意图。当滑块600移动穿过直线电机500的多个线圈520时，相位相差90度的传感器550和552提供了落入正弦或余弦函数的电压响应对时间，如图31(对于传感器550的sine(x))和图32(对于传感器552的cosine(x))所示。这些合成波由传感器550和552产生，因为用于滑块600内的多个磁体640所产生的磁通在它们的磁极处是最强大的。因此，当两个磁体的北极接近时，波形变为正，并且在正好位于那些极点上方时达到峰值。在相同方向上继续，当南极接近时，波变为负的，并且在正好位于那些极点之上时达到峰值。因此，一个传感器550给出了Sin(x)的函数，另一个传感器552给出Cos(x)的函数。如图所示，这些函数相位相差90度。两个传感器550和552可以用于通过直线电机500的多个线圈520更精确地反馈和控制滑块600，并且作为确保滑块被精确地跟踪的方法。

为了提供额外的说明，在图31中绘出了生成正弦波的传感器550，并且将进一步查看如何使用该图来跟踪滑块600的速度、加速度和位移。图32例示了从传感器552生成的余弦波。图33是例示了由传感器550生成的波形的各种分量的采样波形的视图。波长(λ)与滑块600穿过直线电机500的多个线圈520的速度相关。当波长变短时，可以通过f＝1/λ来计算频率，并且当波长变短时，频率将增加。

图34和图35是针对以两种不同恒定线速度移动通过直线电机500的滑块600的传感器550电压响应对时间的示意图。例如，在图34中，滑块600可以说是以每秒1米移动穿过多个线圈520并生成该波。当滑块600加速到高达每秒2米时，可以产生图35。如图所示，波频率的增加对应于滑块600正移动穿过直线电机500的多个线圈520的速度。此外，从图34到图35的波形变化与滑块600的加速度有关。图34和图35各自单独地展示了滑块600的恒定速度(尽管图35中的恒定速度是图34中的恒定速度的两倍)，使得在这两个图中的每一个中不存在加速度；然而，随着滑块600滑动器接近图35中所示的每秒2米的线速度，频率增加到图35中的值：可以使用随时间的频率变化来计算驱动块600的加速度。最后，可以通过知道滑块中的多个磁体640的长度以及对经过传感器550的波长的数量进行计数来计算驱动块600行进的距离。每个波长可以对应于滑块600的主体内的永磁体的全长。此外，来自传感器550、552二者的波形可以用于使滑块600保持在稳定状态(不移动)。通过观察传感器550、552的输出，例如，因为正弦波和余弦波相位相差90度，所以比较正弦波和余弦波，以基于两个测量而不是一个测量的准确度保持来自控制器50的稳态驱动信号不漂移(或混合误差)。因此，可以根据传感器550、552的电压对磁通曲线图来计算速度、加速度和距离。

模拟总反冲冲量

在一个实施方式中，直线电机500和滑块600可以用于模拟针对发射特定形式的弹药的特定枪支的总反冲冲量。

“实际反冲力”是指由发射特定类型的弹药的特定类型的枪支在发射之后的任何时间点所产生的力，这种力正被传递至用户。这种实际反冲力可以在从枪支中的弹药的初始发射到这种发射之后的任何实际反冲力结束的特定时间段内被绘制。

另一方面，“所产生的反冲力”是由控制滑块600的移动的直线电机500产生的反作用力。这样产生的反冲力可以被传递到持有模拟器系统10的模拟枪支主体20的用户5。

实际反冲冲量是力对时间线图下面的面积，其中，力是由发射特定类型的弹药的特定类型的枪支产生的。产生的反冲冲量是由控制滑块600的移动(例如，加速度、速度和距离)的直线电机500产生的反作用力随时间的力对时间线图1600之下的面积。

图16显示了实际反冲力1500对时间以及产生的反冲力对时间线图1600的预测实例。实际反冲力对时间线图1500下面的面积是实际反冲冲量。产生的反冲力对时间线图1600下面的面积是产生的反冲冲量。所产生的反冲冲量下面的面积可以是正的(高于零)和负的(低于零)。在优选实施方式中，可以在计算总冲量时从正面积减去负面积。在其它实施方式中，可以在计算总冲量时忽略负面积。

如图所示，随时间的实际反冲力对由直线电机500和滑块600随时间产生的反作用力的力对时间线图1500、1600彼此紧密地跟踪，使得冲量和反作用冲量近似相等。然而，在不同的实施方式中，只要两个所计算的冲量(来自线图下面的面积)在发射循环结束处彼此接近，随时间的实际反冲力线图1500对由直线电机500和滑块随时间1600产生的反作用力就可以显著变化。

图36示出了具有三个力对时间曲线图的单个线图：(1)力对实际力1500的时间(发射总重量约7.5磅(3.4kg)的0.223雷明顿子弹/弹的M16/AR-15型步枪的第一曲线图)，(2)从直线电机和滑块与机械止动件1600相结合地产生的反作用力的力对时间，以及(3)在不使用机械止动件1600'的情况下从直线电机和滑块产生的反作用力的力对时间。力的正值指示向后推动用户5的力。如由时间所示，使用约90毫秒的发射循环。

线图1600包括当滑块600碰撞机械止动件800时的尖峰1610，并且每条曲线1500、1600下面的面积应该大致相同以获得相同的总冲量。对于线图1600，时刻1700指示了滑块600与机械止动件800之间的初始接触。在不同实施方式中，由于滑块600与机械止动件800之间的碰撞的时间周期如此短(约小于5毫秒)，因此也可以使用峰值反作用力1620的时间来计算初始接触的时刻1700。

图36示出了与产生的反冲力1600的峰值1620进行比较的实际反冲力1500的峰值1520以及这些峰值之间的差值1630。在各个实施方式中，可以使用机械止动件800来产生所产生的反冲力的尖峰1610，该尖峰1620与实际反冲力1500的峰值1520相比具有1630的差值。

在各个实施方式中，峰值1620可以使得差值1630可以最小化。在实施方式中，在模拟的发射序列期间，差值1630小于峰值1620的50％。在各种其它实施方式中，差值1630小于峰值1620的不多于45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、4％、3％、2％和/或1％。在实施方式中，差值1630可以在峰值1620的上述参考百分比中的任意两个之间的范围内。

在各个实施方式中，由直线电机500控制滑块600在滑块600与机械止动件800的初始接触之前的特定模拟发射序列期间在时刻1700处产生的平均反冲力可以通过计算多达在时刻1700处的初始冲击(impact)除以时刻1700处的时间的冲量来计算。在实施方式中，产生的反作用力的峰值1620比由直线电机500控制滑块600在滑块600与机械止动件800在时刻1700处的初始接触之前的特定模拟发射序列期间产生的平均反冲力大至少50％。在各个实施方式中，产生的峰值反作用力1620比由直线电机500控制滑块600在滑块600与机械止动件800在时刻1700处的初始接触之前的特定模拟发射序列期间产生的平均反冲力大55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％、110％、120％、130％、140％、150％、175％、200％、225％、250％、275％、300％、400％、500％、600％、700％、800％、900％、1000％、1200％、1500％和/或2000％。在实施方式中，可以使用上述参考百分比中的任意两个之间的范围来进行这种比较。

由直线电机500控制滑块600在整个特定模拟发射序列期间产生的平均反冲力可以通过计算整个发射序列期间的冲量并且除以整个发射序列的时间来计算。在各个实施方式中，产生的反作用力的峰值1620可以比由直线电机500控制滑块600在整个特定模拟发射序列(即，在滑块600与机械止动件800在时刻1700处的初始接触之前和之后二者)期间产生的平均反冲力大至少50％。在实施方式中，产生的峰值反冲力比由直线电机500控制滑块600在整个特定模拟发射序列期间产生的平均反冲力大55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％、110％、120％、130％、140％、150％、175％、200％、225％、250％、275％、300％、400％、500％、600％、700％、800％、900％、1000％、1200％、1500％和/或2000％。在各个实施方式中，可以使用上述参考百分比中的任意两个之间的范围进行这种比较。

由直线电机500控制滑块600在滑块600与机械止动件800在时刻1700处的初始接触之后的特定模拟发射序列期间产生的平均反冲力可以通过将时刻1700处的初始冲击之后的冲量除以时刻1700之后的时间来计算。在实施方式中，产生的反作用力的峰值1620比由直线电机500控制滑块600在滑块600与机械止动件800在时刻1700处的初始接触之后的特定模拟发射序列期间产生的平均反冲力大至少50％。在各个实施方式中，产生的峰值反作用力比由直线电机500控制滑块600在滑块600与机械止动件800在时刻1700处的初始接触之后的特定模拟发射序列期间产生的平均反冲力大55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％、110％、120％、130％、140％、150％、175％、200％、225％、250％、275％、300％、400％、500％、600％、700％、800％、900％、1000％、1200％、1500％和/或2000％。在各个实施方式中，可以使用上述参考百分比中的任意两个之间的范围进行这种比较。

图37是针对真实枪支1502的反冲加速度绘制的加速度对时间的示例图，与使用机械止动件1602和不使用机械止动件1602’的方法和装置引起的滑块的模拟加速度相比。加速度线图中的力可以用公式-力等于质量乘以加速度来计算。

图38是根据本公开的示例性实施方式的针对真实枪支1506的反冲速度绘制的速度对时间的示例性线图，与由使用机械止动件1606和不使用机械止动件1606’的方法和装置引起的滑块的模拟速度相比。

在一个实施方式中，可以采用止动件800来通过急剧地增加在滑块600与机械止动件800之间的碰撞点处的反作用力来修改控制滑块600的直线电机500产生的反冲力线图。可以在模拟枪支主体20内部使用机械止动件800以在允许的行程长度660的末端“刚性地”(即，使滑块600能够比直线电机500更快地负向加速到零)。这种快速停止对用户5产生增强的反冲效果，并产生更高的所产生的反作用力。在一个实施方式中，通过滑块600与机械止动件800碰撞产生的反作用力可以大于由直线电机500使滑块600在模拟发射序列期间加速产生的任何力。

在实施方式中，在模拟发射序列期间，由直线电机500使滑块600加速产生的最大反作用力不大于通过滑块600与机械止动件800碰撞产生的反作用力的50％。在各个实施方式中，由直线电机500使滑块600加速产生的最大反作用力不大于通过滑块600与机械止动件800碰撞产生的反作用力的55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、99％和/或100％。在其它实施方式中，由直线电机500使滑块600加速产生的最大反作用力可以在由直线电机500控制滑块600产生的最大反作用力的上述参考百分比中的任意两个之间的范围内。

在各个实施方式中，实际反冲冲量和/或通过直线电机500控制滑块600产生的反冲冲量彼此在约50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％和/或100％内。在各个实施方式中，可以使用上述任意两个参考百分比之间的范围。

在各个实施方式中，针对由直线电机500控制滑块600模拟的发射循环的总时间可以小于约200毫秒。在实施方式中，模拟的发射循环的最大时间可以小于约25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190和/或200毫秒。在实施方式中，最大时间可以在上述任意两个参考时间之间。

对枪支的力对时间曲线图进行仿真。

在一个实施方式中，可以测试具有真实弹药的真实枪支，并绘制随时间的实际反冲力。在该实施方式中，直线电机500和磁块/轴600移动(例如，加速度、速度和位置)可以被编程，以便对从测试获得的实际力对时间线图进行仿真。在不同的实施方式中，仿真的力对时间可以在曲线图的1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％和/或50％之内。在实施方式中，变化可以在任意两个上述参考值之间的范围内。可以针对相对短时间序列来仿真总冲量(其是力对时间线图下面的面积的积分或和)，因为相信用户在关于反冲力的非常短时间间隔内难以察觉力随时间的变化，并有效地感受枪支中的反冲力的总冲量。

改变直线电机的磁场的强度

在一个实施方式中，当磁块/轴600中的磁体穿过产生磁场的特定线圈和/或与产生磁场的特定线圈相接触时，由直线电机500的多个线圈520产生的磁场的强度可以从初始值增加。在不同的实施方式中，场的强度可以改变初始值的1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％和/或50％。在实施方式中，变化可以在上述参考百分比中的任意两个之间的范围内。

使用传感器来直接/间接地测量滑块的动态特性并且使直线电机基于传感器输入 控制滑块的动态特性

在一个实施方式中，可以直接和/或间接(诸如通过传感器550和/或552)测量磁块/轴600的加速度、速度和/或位置对时间，并且直线电机500可以改变/设定由多个线圈520产生的磁场的强度，以实现滑块600的加速度、速度和/或位置对时间的预定值。在不同的实施方式中，仿真加速度、速度和/或位置对时间的预定值可以基于仿真从测试真实枪支(或仿真冲量)获得的力对时间线图。在实施方式中，仿真线图可以在曲线图的1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％和/或50％之内。在不同的实施方式中，变化可以在任意两个上述参考值之间的范围内。

针对要模拟的枪支的不同变化的程序的选项

在各个实施方式中，系统10的用户可以关于针对系统10要对其反冲进行模拟的枪支的类型的变化在使用系统10时提供一个或更多个以下选项：

(a)要通过特定类型的弹药模拟的实际类型枪支的不同大小/口径/类型的弹药。

(b)将枪口消声器添加到要通过特定类型的弹药模拟的实际类型枪支/将枪口消声器从要通过特定类型的弹药模拟的实际类型枪支移除。

(c)要通过特定类型的弹药模拟的实际类型枪支的不同大小/类型的螺栓弹簧。

在上述选项中的每一个中，系统10可以使直线电机500控制滑块600以产生与没有所选择的选项的枪支类型的模拟不同并且与具有这种选择的枪支的反冲近似的反冲力对时间线图(或产生冲量)。

与不同枪支模型附件一起使用相同核心模拟系统以给用户提供更好地模拟不同 类型的枪支的选项

本公开的实施方式提供了包括本文描述的相同核心模拟系统但是具有用于模拟不同枪支的不同枪支附件的方法和装置。这里，使用相同控制器50和附接的直线电机500，具有不同的枪支附件(例如，AR-15步枪单元附件和Glock自动手枪单元附件)。也可以改变可滑动地连接到直线电机500的磁滑块/轴600，而不改变直线电机500。

在各个实施方式中，模拟器10可以包括用于模拟来自多个不同类型的枪支的反冲图案的多个不同主体附件20、20'、20”等，所述多个主体附件中的每一个可互换可操作地与直线电机500连接。在实施方式中，所述多个主体附件20、20'、20”等中的每一个可以包括唯一标识符，其通知控制器50选择模拟滑块600的运动学移动的多个预定义反冲集合中的一个，以便模拟针对特定主体附件代表的特定类型的枪支的反冲图案。基于可操作地连接到直线电机的特定主体附件20、20'、20”等的唯一标识符，控制器50可以选择多个预定义运动学移动集合中的一个来控制直线电机500，以控制滑块600创建针对滑块600的一系列预定义移动并且对针对特定连接体附件代表的特定类型的枪支进行仿真。在实施方式中，各个标识符可以是当主体附件20连接到直线电机500时与微控制器50(图10中所示)进行通信的微控制器，并且识别要对其反冲进行模拟的特定类型的枪支。在一个实施方式中，多个可互换的不同类型主体附件20、20'、20”等包括多个不同类型的步枪。在实施方式中，多个可互换的不同类型主体附件20、20'、20”等包括多个不同类型的猎枪。在一个实施方式中，多个可互换的不同类型主体附件20、20'、20”等包括至少一个步枪主体类型和至少一种猎枪主体类型和/或至少一种自动手枪主体类型。在实施方式中，多个可互换的不同类型主体附件20、20'、20”等包括多个不同类型的步枪和不同类型的猎枪和/或自动手枪。

在各个实施方式中，可以为方法和装置10中的一个或更多个组件提供无线/通信，诸如主体附件20和/或直线电机500没有硬连接到控制器50，但是这些组件被设置为彼此之间进行无线通信，同时一个或更多个电池电源用于为直线电机500和/或控制器50和/或其它组件供电。在一个实施方式中，用于直线电机的电池电源可以容纳在主体20中(诸如电池模拟要被插入到主体20中的弹药夹的地方)。

手枪

在一个实施方式中，可以提供使用直线电机系统500对模拟手枪进行装料或“上膛”的方法和装置，其中直线电机500处于滑动器900的上膛路径中。

在一个实施方式中，可以提供具有直线电机500的手枪10，该手枪10具有机械扣机(sear)680和弹簧950。在实施方式中，弹簧950包括对被模拟的手枪的滑动器900进行装料或“上膛”所需的力进行仿真的弹簧常数。在其它实施方式中，弹簧950包括存储与对被模拟的手枪的滑动器900装料或“上膛”所需的工作能量大致相同的势能量的弹簧常数。

在实施方式中，手枪10可以设置有直线电机500，直线电机500仿真对被模拟的手枪的滑动器900进行装料或“上膛”所需的力的弹簧常数。这可以通过将直线电机看做简单弹簧来实现。图61示出了试图返回到其原始位置(x)的弹簧施加到用户的力F_restore，该力可以通过胡克定律(F＝-kx)来描述。x或(Δx)的变化确定了弹簧拉回到用户的力，通常随着距离x增加，F_restore增加，直到达到材料变形为止。

通过直线电机对装载弹簧的仿真可以通过以单个弹簧常数k改变其在电机的滑动器的线性位置上的阻力遵循在真正手枪中使用的传统弹簧。或者电机可以仿真多个弹簧常数k_1..2..3...，以仿真典型手枪平台的与装料或对武器滑动器900“上膛”关联的线性移动中遇到的其它机械阻力。例如，当电机的滑动器移动到位置Δx时，可以通过改变电机可用的力以抵抗滑动器位置的变化而向用户施加弹簧常数k₁。然后，当电机滑动器移动到位置2(Δx)时，可以将弹簧常数k₂应用于在线性位置上改变F_restore的用户。因此，武器弹簧的传统力可以利用同样以图形描绘的其它机械力在线性位置上进行仿真。

图39是模拟手枪的模拟枪支10的另一实施方式的侧视图。图40是从图39所示的相反侧截取的模拟手枪系统10的侧视图。图41是模拟手枪系统10的分解视图。

模拟手枪的较小大小可以提供较小空间以包含方法和装置的元件，包括但不限于直线电机500、滑杆/块600和控制装置。容积区域(volumetric region)978可以包括用于直线电机500和电源60(代替图1的实施方式中所示的控制器50)的控制电路。参见例如图41。在各个实施方式中，除了(或代替)容积区域978之外，容积区域970和/或974可以用于容纳控制电路。该配置可以允许整个控制系统被容纳在模拟枪支主体20中，为模拟器提供紧凑特性。

控制电路可以可操作地连接到直线电机500、装载滑动器900和/或扳机170。控制电路可以对诸如对滑动器900进行装载(上膛)或拉动扳机170的用户请求动作做出反应，以操作直线电机500产生对所模拟的武器独特的反冲或一些其它请求。控制电路还可以监测来自用于滑杆/块600的直线电机500上的传感器(诸如电流控制回路或位置感测霍尔效应传感器)的输入信号。在各个实施方式中，传感器可以显示滑杆/块600的瞬时纵向位置，并且控制电路可以可操作地控制直线电机500，以使滑杆/块600动态地遵循用于仿真被模拟的发射枪支的特定反冲的预定波形。在各个实施方式中，控制器可以基于接收到的感觉数据来校正直线电机500的滑杆/块600的动态移动。在实施方式中，可以基于用户5输入的参数对控制器进行编程。

容积区域970和974可以用于从电池60升压到所需的电压(DC到DC转换器)，并且还将电力波形驱动到直线电机500中以用于滑杆/块600的运动控制。通过将容积区域970和974保持在手枪系统10的顶部，围绕直线电机500，来自滑动器900的移动的对流(无论是通过装载还是通过由直线电机500使滑动杆/块600移动而引起的移动)可以被利用以帮助消除来自反冲反作用的废热和支持反冲反作用的直线电机500的电子设备。在各个实施方式中，用于容积区域的所有位置是唯一的，因为适当驱动电力可用于直线电机500进行反冲模拟，以及适当空间和热传递材料/方法以在用户每次拉动扳机或者装载模拟的武器之后消除来自直线电机500的废热。另外，如果在模拟手枪的装料或“上膛”期间滑块600直接与手枪滑动器900一起移动，则可以使用由用户5从装料或“上膛”输入的能量来经由直线电机产生电流，然后所述能量被路由用于存储回到本文所述的超级电容器模拟弹匣。此外，本文所述的系统可以被比作在混合动力汽车和机车中使用的再生制动。该设备可以包括线圈和穿过线圈行进的磁体以在线圈中产生电流，所述电流可以被存储在像电池、电容器等这样的任何传统电力储存设备中。

图62示出了可以联接电容器或其它电力储存设备的仪表。对于有源系统，线圈必须与驱动电子设备耦合和分离，以适当地存储能量。这可以用传统开关和开关元件(如晶体管(MOSFET))完成。驱动电子设备将默认耦合到线圈以产生反冲和触觉效果。然后，当用户5不使用直线电机产生反冲而正在对模拟的枪支或外围设备进行装料(装载)或“上膛(cocking)”时，驱动电子设备经由开关或传感器与线圈分离并耦合到电力储存设备，所述开关或传感器感测用户5的动作以准备装载模拟设备。例如，用户5抓住模拟枪支滑动器900并按下将直线电机线圈耦合到电力储存设备的开关或传感器，然后对模拟武器进行装料或装载，通过凭借直线电机线圈使直线电机500的磁体移动来发电。该电力直接储存在电力储存设备中，或者可以通过附加电子设备来运行以修改用于适当存储到电力储存设备中的参数(电压)。然后，用户5可以放开滑动器900，并且开关或传感器可以将直线电机线圈重新耦合到驱动电子设备。

对于控制环实现，可以通过比例-积分-微分(PID)、线性二次调节器(LQR)、线性二次高斯(LQG)或任何其它合适的控制环路方法从直线电机控制器来控制直线电机500。在一个实施方式中，直线电机500可以通过PID控制器进行控制，并且基本上具有被编程以产生反冲/冲击效果的PID实现方式。在另一个实施方式中，直线电机500可以经由LQR控制器来进行控制，并且基本上具有被编程为产生反冲/冲击效果的LQR实现方式。在其它实施方式中，直线电机500可以经由LQG控制器来进行控制，并且基本上具有被编程为产生反冲/冲击效果的LQG实现方式。

在实施方式中，直线电机500的移动可以使用PID控制器更高效地产生反冲/冲击效果。在一个实施方式中，直线电机500的移动可以使用LQR控制器更高效地产生反冲/冲击效果。直线电机500的移动可以使用LQG控制器更高效地产生反冲/冲击效果。

直线电机500可以使用PID控制器更高效地产生反冲/冲击效果和如上所述从用户5的输入发生的再生装料。在另一个实施方式中，直线电机500可以使用LQR控制器更高效地产生反冲/冲击效过和如上所述从用户5的输入发生的再生装料。在另一个实施方式中，直线电机500可以使用LQG控制器更高效地产生反冲/冲击效果和如上所述从用户5的输入发生的再生装料。

通常，手枪系统10可以包括：手枪主体20；可操作地控制滑杆或块600的直线电机500，其中直线电机500附接到模拟枪支主体20；可操作地连接到直线电机500的控制器50；以及为控制器50供电的电源60。在该实施方式中，手枪系统10可以包括具有第一端910和第二端920的上膛滑动器900。

图42是手枪系统10的上部接收器120的侧视图。图43示出了在模拟循环开始之前准备好对滑动器900上膛的上部接收器120的内部组件。

上部接收器120可以包括滑动器900、直线电机500、滑块600和弹簧950。与其它实施方式一样，直线电机500可操作地连接到滑块600并且动态地控制滑块600的运动学移动，以使得滑块600的预定运动学输出模拟来自手枪的发射的反冲。

滑动器900可以滑动地连接到直线电机500。滑块600可以经由弹簧950弹性地连接到滑动器900。滑动器900可以包括第一端910和第二端920。滑块/杆600可以包括第一端610和第二端620。弹簧950可以包括第一端954和第二端958。

图44示意性地示出了向后拉(箭头904的方向)以给模拟手枪上膛的滑动器900。图45示意性地示出了滑动器900返回到用于模拟手枪的预发射模拟位置。在发射循环之前，通过扣件(catch)680与第二端620接触，扣件680抵抗滑块/杆600沿着纵向中心线508的纵向移动。

在模拟手枪装料操作期间，当用户5向后拉动模拟手枪的滑动器900时，扳机销或扣机680抵抗直线电机的滑杆/块600的向后纵向移动。在向后拉动滑动器900期间，阻碍直线电机的滑杆/块600的向后纵向移动的扳机销或扣机680消除了对于为直线电机500供电以抵抗直线电机的滑杆/块600在模拟手枪装载操作期间的向后移动的任何需要。当滑块/杆600纵向保持在适当位置时，滑动器900可被向后拉(示意性地由箭头904指示)以模拟对手枪上膛。滑动器900沿箭头904方向的移动可能导致弹簧950的膨胀，该弹簧950附接到滑块/杆600的第二端920和滑动器的第二端920二者，直到滑动器900的肩部914与诸如直线电机500的第一端501的止动件接触。用户5可以释放滑动器900，并且膨胀的弹簧950将使得滑动器900沿箭头906的方向向前移动。

在模拟手枪装载操作期间，当用户5释放模拟手枪的滑动器900时，弹簧950可以向前拉动滑动器900，直到滑动器900回到图45所示的位置。在上膛过程中，扣件680防止滑块/杆600沿箭头904的方向纵向移动。连接到直线电机500的滑块/杆600和模拟手枪的滑动器900的弹簧950可以具有弹簧常数，以模拟用户5在通过继续拉手枪的滑动器对手枪装载时感受到的对真手枪进行装载/上膛的阻力的量。

拉动扳机170可以使扳机销或扣机机构680释放直线电机的滑杆/块600，然后为直线电机500供电。被供电的直线电机500可以进入模拟循环，其中滑杆/块600的线性动态移动由直线电机500控制，以模拟当真实手枪的用户在使真实手枪发射时感觉到的反冲力。图46示意性地示出了直线电机500使滑块/杆600向后移动(由箭头992示意性地指示)以模拟手枪的反冲，直到滑动器900的肩部914撞击机械止动件(在这种情况下肩部914接触到直线电机500的第一端501)。模拟循环可以通过扳机170沿箭头990的方向被拉动而开始，这既启动控制器60以控制直线电机500进入模拟循环，并且又使扣件680沿箭头991的方向移动并释放滑块/杆600。可以设想其它形式的机械止动件，诸如在本申请中的其它实施方式中描述的机械止动件，例如，除了第一端501之外，与模拟手枪上的止动肩部接触的第一端610。在沿箭头992的方向移动期间，滑块/杆600的第二端620可以推动完全被压缩的弹簧950的第一端954，并且弹簧950的第二端958可以推动滑动器900的第二端920。因此，在滑块600在箭头992的方向上的初始行程期间，由直线电机500可控地在运动学上移动的有效/实际质量是滑块/杆600加上弹簧950加上滑动器900的组合质量。如其它实施方式中所述，撞击机械止动件可能导致冲量能量在模拟反冲时向用户的放大传递，并且还使直线电机500处于使滑块/杆600返回到如图45所示的模拟手枪的预发射模拟位置的模式。箭头994示意性地示出了在滑动器900撞击机械止动器之后，直线电机500使得滑块/杆600现在可以在向前方向上(示意性地由箭头994指示)可控地移动，直到滑块/杆600针对图45所示的模拟手枪达到其预发射模拟位置。在反向行程期间(沿箭头994的方向)，滑块/杆600的第二端620可以拉动弹簧950的第一端954，弹簧950的第一端954基于其弹簧常数而略微延伸，并且弹簧950的第二端958将进而拉动滑动器900的第二端920。因此，在滑块600在箭头994方向上的返回行程期间，由直线电机500可控地在运动学上移动的有效/实际质量可以是滑块/杆600加上弹簧950加上滑动器900的组合质量(假定弹簧950的弹簧常数与滑动器900的质量相比相对大)。

直线电机500的运动学控制可以被编程为对直线电机500移动的块进行动力学控制(例如，加速度、速度和/或位置)，以仿真针对手枪的各种假设反冲力对时间线图，所述力对时间线图可能与包括与多个模拟点数据集基本上匹配的步枪的力对时间线图实质上不同。

图47示出了具有复制弹匣的可移除电源60的模拟手枪系统10。图48示出了电源60的侧视图。电源60可以包括具有电触点64、65的第一端61和第二端62。在一个实施方式中，具有电源的模拟弹药夹60可以包括与被模拟的枪的弹匣相同的外观和感觉(除电源触点之外)。触点64、65可以是任何常规可用的触点，并且可以是弹簧装载的，以确保与容纳在武器模拟器主体内部的电子设备的可重复和可靠的连接。

在一个实施方式中，直线电机500可以在反冲模拟循环之间断电，但是在每个模拟循环开始之前保持滑块/杆600在起始(home)模拟位置。将直线电机500断电降低总功耗，因为在模拟循环之间，直线电机500不会耗尽功率以维持滑杆/块600起始或预模拟位置。在模拟循环之间关闭直线电机500也可以促进电源60对方法和装置的充电。

无线供电方法

由于与较小模拟设备(例如，游戏控制器、震动棒、基于手枪的模拟器等)相关联的空间限制，本公开的实施方式可以包括诸如锂离子化学反应的传统电池的替代方案。这些替代方案可以适用于本文考虑的整个范围的模拟器，无论是用于武器训练程序还是用于游戏外围设备。

电力器件/电力可用性在本公开的消费者和军事应用二者中都是重要的。本公开的实施方式可以包括驱动本文所述的直线电机系统和/或控制器的电源。一个实施方式可以包括作为用于模拟器的电池组装方法的超级电容器(超电容器)。

图63示出了本文关于图47和图48所述的缩短的模拟手枪弹匣。未示出用于将仿真的手枪弹匣连接到模拟武器以供电的电极，但是通常可以位于与图48中相同的位置或位于弹匣的侧面上。该弹匣可以容纳串联或并联电连接的多个超级电容器或者按串联和并联的多个配置电连接的多个超级电容器，以产生可行电压和电流源以为直线电机系统供电。以上模拟手枪弹匣可以采取其它大小和形状的形式以与不同武器模拟器类型相匹配，以适当地模拟那些夹子或弹匣，并且那些夹子或弹匣也可以按本文所述的配置包含许多超级电容器。

图64显示了与图63相同的模拟手枪弹匣，外壳是透明的并且使得超级电容可见。为简洁起见，省略了电路和电线，但是应将其视为包含在可用空间中。这些电路在连接到充电端子时调节电容器的充电，并且平衡电容器之间的电压以进行正确操作。在该应用中使用超级电容器是重要的，因为它与多个其它因素一起使用。直线电机500的控制器系统可以在如本文所述的每个反冲循环之后关闭电机，从而允许极大功率降低，同时仅为最少无线和逻辑组件供电。此外，通过减少电力，可以考虑每个模拟弹匣中可用的弹数。在上述弹匣中，足够电力可用于30个反冲循环，并且使无线和逻辑组件运行10个或更多个小时。考虑到这一点，充电时间是一个主要因素。然而，基于电容器的技术的充电时间比典型锂离子电池技术要快很多。这与电容器的性质有关。因此，对于使用超级电容器的典型模拟弹匣，相对几分钟或几小时可以实现几秒的充电时间，避免了对电池充电，并且获得整个系统的精确模拟。

图65是武器平台的装料/装载机构的等距视图。本公开的实施方式提供了用于仿真武器平台的装料/装载机构的方法。根据本公开的实施方式，用于武器模拟的直线电机通常可以施加从67N到700N的力。为了仿真装载弹簧，装料手柄可以机械连接到直线电机滑动器，并且在使用后与直线电机滑动器断开连接。在装料手柄的使用期间，开关或传感器告诉直线电机控制器减少到直线电机的电力，减小其最大力常数或可以被施加的最大力以抵抗滑动器移动的变化。参见图66。如图所示，电机沿直线路径保持位置(不发射)。用户5可以抓住装料手柄，发送信号以使电机控制器减少到电机的电力(通过按钮或传感器发出信号)。用户5可以拉动手柄，并且电机可以利用力F阻止位置的改变，但是由于来自直线电机控制器的可用电力的降低(即，电机的位置滞后)，可能不能利用力F阻止位置的改变。参见图67和图68。电机的降低电力可以在正常上膛机构中仿真弹簧，用户5可以通过释放手柄来完成装料循环。电机可以在降低的电力下返回到其初始位置(仍仿真弹簧)。一旦达到初始线性起始位置并且用户不再启动装料手柄按钮/传感器，电机就可以返回到全功率并且可以准备好仿真反冲。

如图61所示，直线电机被视为简单弹簧。F_restore是试图返回到其原始位置(x)的弹簧施加给用户的力，该力可以通过胡克定律(F＝-kx)来描述。x或(Δx)的变化确定了弹簧拉回到用户的力，通常随着距离x增加，F_restore增加，直到达到材料变形。

通过直线电机对装载弹簧的仿真可以通过以单个弹簧常数k改变其在电机的滑动器的线性位置上的阻力，遵循在正被仿真的重型武器模拟器中使用的传统弹簧。或者电机可以仿真多个弹簧常数k_1..2..3...，以仿真典型重型武器平台的与装料手柄关联的线性移动中遇到的其它机械阻力。例如，当电机的滑动器移动到位置Δx时，可以通过改变电机可用的力以抵抗滑动器位置的变化而向用户施加弹簧常数k₁。然后，当电机移动到位置2(Δx)时，可以将弹簧常数k₂应用于在线性位置上改变F_restore的用户。因此，传统重型武器弹簧可以利用同样图形描绘的其它机械力在线性位置上被仿真。

弹簧常数k_1..k2..k3...的值可以通过使用力测量工具根据Δx测试传统弹簧的力约束或者通过弹簧制造商的规格表来找到。

本文所述的本公开的实施方式可以应用于关于本文所述的手枪、步枪、猎枪等以及重型武器示例的装料手柄/装料机构。

图51示意性地示出了系统10的方法和装置的一个实施方式。系统10可以是“游戏”的一部分或包括“游戏”。游戏可以利用Unity开发环境/平台或Unreal开发环境/平台或类似开发环境。Unity开发平台是一个灵活且强大的开发引擎，用于创建多平台3D和2D游戏以及互动体验。Unity开发平台以及诸如Unreal平台这样的其它平台可用于各种行业，以用于创建身临其境模拟和游戏环境。在示例性实施方式中，Unity插件/游戏、动态链接库(DLL)和/或其它插件/游戏可以经由控制器50通过串行、CAN总线和/或“游戏”和如图51所示的直线电机500块之间的其它通信总线/协议与直线电机500对接。如本文所述，这允许线图的“游戏”部分解释来自用户5的信号，然后将这些信号馈送到插件中，因此直线电机500可以以游戏/模拟条件指定的方式任意移动。可以参照图82来例示游戏环境和用户5之间的这种交互的示例。如图所示，用户5通过椅子游戏/模拟外围设备就座，用户5还持有具有连接的震动棒的VR外围设备。可以在VR外围设备(包括直线电机500)和图51中的模拟/游戏环境或“游戏”块之间建立通信接口。由于VR外围设备能够通过如本文所述的位置跟踪器来报告其在自由空间中的位置，所以图51的“游戏”部分能够捕获VR外围设备在自由空间中的位置。当如图82所示用户5持有VR外围设备时，图51的“游戏”部分可以将该配置解释为被设置为典型手枪或步枪的VR外围设备。因此，图51的“游戏”部分可以经由插件引导直线电机500以在扳机被按下时仿真典型的发射序列。如果用户5然后持有与图82所示的位置垂直的VR外围设备主体，则图51的“游戏”部分可以解释位置的变化，以指VR外围设备应该被认为是链锯(chainsaw)。因此，图51的“游戏”部分可以经由插件引导直线电机500以仿真典型链锯效应，其中直线电机500使滑块600以恒定来回运动移动，然后当在VR外围设备按下扳机时增加该运动的频率。

在一个实施方式中，可以使用插件来控制来自游戏或模拟环境的直线电机500。

在一个实施方式中，插件可以具有用于简化特定电机移动的开发的图形用户界面。

在实施方式中，图形用户界面可以显示针对直线电机500的移动对时间、加速度对时间、速度对时间和/或混合图表。

在另外的实施方式中，图形用户界面可以显示本文描述的图表，并且可以使得开发人员能够任意地操纵那些图表以便为直线电机500的任意移动进行编程。

在另一个实施方式中，插件可以具有下拉菜单，因此典型直线电机效果可以容易地被指派给不同事件。

在另外的实施方式中，可以通过更大的程序(游戏/模拟)来调用插件以利于更快的开发时间，而不需要从插件中重新创建基本上所有功能和通信协议并将其集成到每个更大的程序中。

在一个实施方式中，插件可以通过无线接口与如本文所述的图51的“游戏”和“直线电机”部分进行通信。

在一个实施方式中，插件可以从直线电机500接收温度和电力使用数据。

在另一个实施方式中，如本文所述，插件可以使用温度和电力使用数据来计算电机500的最大移动以防止其失效(滑动器600慢跑超过距离，使用太多的电力等)。

魔杖实施方式

图49至图51例示了将直线电机500结合到魔杖2000游戏件中的一个实施方式。图49示出了移除了直线电机500的模拟魔杖2000的一个实施方式。图50示出了具有游戏魔杖2000的用户5。

魔杖2000可以包括第一端2010和第二端2020，并且具有重心2060的纵向中心线2050。具有纵向中心线508的直线电机500可以包括滑块/杆600并且被结合到魔杖2000的内部。直线电机500结合到魔杖2000中可以使得中心线508与中心线2050重合，导致滑块/杆600沿着中心线2050的滑动移动。在其它实施方式中，中心线508可以在平行或非平行条件下与中心线2050间隔开任意角度。当间隔开并且平行时，滑块/杆600的滑动移动可以平行但不沿着中心线2050。当间隔开并且不平行时，滑块/杆600的滑动移动可以不是平行的并且不沿着中心线2050。

在各个实施方式中，在游戏期间，重心2060可以被重新定位在魔杖2000的总长度的至少25％。在实施方式中，重心2060可以重新定位在魔杖2000的总长度的至少30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％和90％。在各个实施方式中，重心2060可以沿着魔杖2000的总长度的上述参考百分比中的任意两个之间的范围被重新定位。

在一个实施方式中，直线电机500和滑块/杆600可以提供特别是对于游戏用户的增加的游戏身临其境水平，例如在虚拟现实游戏身临其境中。例如，虚拟世界游戏可以用于分析通过滑块/杆600的受控移动产生的要施加到用户的预定义直线电机500效果。

在一个实施方式中，这些效果可以与游戏目标是否接近成功完成(诸如他或她是正确地还是错误地施放法术)相关联地向用户的通信的形式。例如，游戏期间的用户可以尝试移动魔杖2000以正确地施放游戏法术。这种游戏法术可能需要通过一组预定义瞬时/时间依赖运动来移动魔杖。在一个实施方式中，当用户成功地执行第一组预定义瞬时运动时，直线电机500可以使得滑块/杆600通过第一组运动移动，从而将第一组触觉感觉发送给用户(诸如振动或一般移动以向用户指示该法术正在被正确地执行)。在实施方式中，当用户成功地执行第二组预定义瞬时运动时，直线电机500可以使得滑块/杆600通过第二组运动移动，从而将第二组触觉感觉发送给用户(诸如增加的振动强度或增加的一般移动，以向用户指示法术被继续被正确地执行)。从这里，法术的完成给出了诸如大震动或振动的第三组触觉感觉。

在一个实施方式中，如果用户不能执行第一组预定义瞬时运动，则直线电机500可以使滑块/杆600通过经修改的第一组运动移动，从而将经修改的第一组触觉感觉发送到用户(诸如减弱的振动/完全停止或减弱的一般移动，以向用户指示该法术正在被不正确地执行，或者完全停止以向用户指示该法术被错误地施用)。

在实施方式中，本文描述的方法和装置可以包括在游戏期间为用户产生触觉效果的以下步骤：

1)用户通过移动魔杖2000开始施放其法术，其中加速度计和陀螺仪被插入。

2)加速度计和陀螺仪将他们收集的关于魔杖2000的移动的信息传递给游戏10。

3)游戏10解释直线电机500应如何从预编程数据进行响应，然后使直线电机500移动。

4)用户正在经历直线电机500在魔杖2000主体或正面上引起的振动、震动和重心2060的变化。

网球拍

图52示出了具有多个直线电机500和500'的模拟网球拍3000的一个实施方式。

图53示出移除了球拍部分的多个直线电机500和500'的模拟网球拍3000。图54示意性地例示了网球击中网球拍。

球拍3000可以包括手柄3005、第一端3010、第二端3020，并且具有起始重心3060的纵向中心线3050。

具有纵向中心线508的直线电机500可以包括滑块/杆600并且被结合到球拍3000的内部。具有纵向中心线508'的直线电机500'可以包括滑块/杆600'并且被结合到球拍3000的内部。将直线电机500和500'结合到球拍3000中可以使得中心线508和508'可以与中心线3050重合，导致滑块/杆600和600'沿着中心线3050滑动移动。在其它实施方式中，中心线508和/或508'可以在平行或非平行条件下与中心线3050间隔任意角度。当间隔开并且平行时，滑块/杆600和600'的滑动移动可以平行但不沿着中心线3050。当间隔开并且不平行时，滑块/杆600和600'的滑动移动可以不平行并且不沿着中心线3050。

滑块/杆600和600'的移动允许球拍3000的重心3060相对于手握位置3005移动到新位置3060'。使重心3060相对于手握位置3005移动允许球拍模拟用户的不同球拍。在各个实施方式中，重心3060可以位于纵向轴线3050上。在其它实施方式中，重心3060可以位于纵向轴线之外。在实施方式中，重心3060可以在玩游戏期间被重新定位。在玩游戏期间，重心3060可以被重新定位在网球拍3000的总长度的至少25％处。在实施方式中，重心3060可以被重新定位在网球拍3000的总长度的至少30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％和90％处。重心3060可以沿着网球拍3000的总长度的上述参考百分比中的任意两个之间的范围被重新定位。

在相对于模拟物品的间隔开和/或非平行/偏斜位置具有多个直线电机(例如，500和500')可以允许模拟事件和类型的增加数量。例如，在偏斜和间隔开的条件下，在模拟物体的壳体中，分别通过直线电机500和500'控制的多个滑块/杆600和600'的运动学移动可以模拟力、角度、冲量、振动、旋转、扭矩以及其它类型的动态运动。

在图53中，中心线508与中心线3050形成一角度3200，中心线508'与中心线3050形成角度3200'，中心线508与中心线508'形成角度3300。滑块600和600'的不同滑动角度和/或不同滑动位置以及滑块600和600'的独立运动学控制允许控制来自现实世界的许多不同的可能运动学活动的仿真。

对于矢量类型系统(即，非标量)，假定使用笛卡儿坐标(尽管也可以使用极坐标系)。

图54描述了可以用于仿真网球受网球拍撞击的真实世界体育比赛的实施方式。该图假定手握位置3005是坐标系的原点。在网球拍3000和网球之间的撞击点3080(具有笛卡儿坐标D_x 3081、D_Y 3082和D_z 3083)上，网球可以具有相对于网球拍3000的速度矢量(具有笛卡儿速度分量V_x、V_Y和V_z)。相对速度矢量可以考虑所计算的网球和网球拍3000二者的速度矢量。在一个实施方式中，网球拍3000的速度可以被假定为零。在其它实施方式中，可以基于球拍3000游戏件中的游戏传感器来计算球拍3000的速度。

由于网球(具有速度矢量和质量_b)与具有总体质量_tr和重心(在位置3060处)的网球拍3000上的撞击点3080之间的假设撞击而导致的手柄3005上的相对力(扭矩、力和冲量)可以使用运动、力和能量的标准牛顿定律来计算。来自手握位置3005上的该第一撞击(例如，用户应该感觉到的)的这些所计算的相对力(扭矩、力和冲量)中的一个或更多个可以由控制和/或独立地移动滑块/杆600和600'的直线电机500和500'来仿真。

在各个实施方式中，假设织带(webbing)3110还可以被建模并在计算由于网球拍与网球拍3000之间的假设撞击而导致的手柄3005上的相对力(扭矩、力和冲量)。在此情况下，织带3110的弹性可以与拉线的紧密度、网的尺寸以及织带上的撞击点3080与织带的中心3160的相对位置一起被设置。

在各个实施方式中，可以通过控制和/或独立地移动滑块/杆600和600'的直线电机500和500'来产生手握点3005处的仿真相对扭矩。在实施方式中，手握点3005处的仿真相对力可以由控制和/或独立地移动滑块/杆600和600'的直线电机500和500'来仿真。在其它实施方式中，手握点3005处的仿真相对撞击可以由控制和/或独立地移动滑块/杆600和600'的直线电机500和500'来仿真。

类似地，由于网球(具有第二速度矢量)和具有第二撞击点3080'的网球拍3000之间的第二假设撞击导致的手柄3005上的相对力(扭矩、力和冲量)可以使用运动和力的标准定律来计算。根据手握位置3005上的该第二撞击(例如，用户应该感觉到的)计算出的这些相对力(扭矩、力和冲量)中的一个或更多个可以由控制和/或独立地移动滑块/杆600和600’的直线电机500和500'来仿真。

类似地，由于网球(具有与第一速度矢量和第二速度矢量不同的第三速度矢量)和具有第三撞击点3080”(其发生在与第一撞击3080相同的位置)的网球拍3000之间的第三假设撞击导致的手柄3005上的相对力(扭矩、力和冲量)可以使用运动和力的标准定律来计算。根据手握位置3005上的该第三撞击(例如，用户应该感觉到的)计算出的这些相对力(扭矩、力和冲量)中的一个或更多个可以由控制和/或独立地移动滑块/杆600和600’的直线电机500和500'来仿真。

在各个实施方式中，由网球和球拍3000之间的撞击导致的手柄3005上的相对力(扭矩、力和冲量)可以由直线电机500和/或500'仿真。

在实施方式中，该方法和装置在离开网球拍3000之后实际上计算针对网球的后撞击速度矢量。

使用一个或更多个直线电机500、500'、500”等的各种选项被设置如下：

(1)在一个实施方式中，可以提供独立地控制多个不同可控重量单元600、600'、600”的多个直线电机500、500'、500”。

(2)在一个实施方式中，壳体正面单元可以被设置成在壳体正面单元中具有用于接收和保持一个或更多个直线电机直线电机500、500'、500”和可控重量单元600、600'、600”的多个不同间隔开的位置地点。在各个实施方式中，位置地点可以由用户选择。

(3)在另一个实施方式中，壳体正面单元可以被设置成具有用于接收和保持一个或更多个直线电机500、500'、500”和可控重量单元600、600'、600”的多个不同角度取向。在各个实施方式中，角度取向可以由用户选择。

(4)在一个实施方式中，多个不同壳体正面单元可以被设置成具有用于接收和保持一个或更多个直线电机500、500'、500”和可控重量单元600、600'、600”的不同位置和/或角度取向。在各个实施方式中，位置地点和/或角度取向可以由用户选择。

(5)在一个实施方式中，可以提供可选择的一组直线电机500、500'、500”和可控重量单元600、600'、600”，每个具有可调节配置，包括壳体中的不同可控重量600、600'、600”的间距和/或取向。

(6)在各个实施方式中，直线电机500、500'、500”和可控重量单元600、600'、600”中的一个或更多个可以包括多个不同重量插入件。

(7)在实施方式中，直线电机500、500'、500”和可控重量单元600、600'、600”中的一个或更多个可以包括用于可控重量的多个不同且可选择的机械停止位置。

(8)在各个实施方式中，本文描述的方法和装置可以模拟一个或更多个可选择游戏设备(诸如网球拍、棒球棒、魔杖、曲棍球棒、板球棒、羽毛球、桌球棍、拳击手套、剑、光剑、弓箭、高尔夫球杆和钓鱼杆)的操作。

(9)在实施方式中，本文描述的方法和装置可以以触觉方式模拟被仿真的系统的一个或更多个次要类型动作，例如，光晕等离子体枪、折断的球拍、撞击棒球之后的球拍振动或装料/装载等。

在各个实施方式中，包括本文描述的枪支模拟系统的直线电机系统可以在虚拟现实游戏外围设备中使用。

例如，图69示出了包括直线电机500的模拟枪支实施方式。该实施方式通过光学跟踪和/或用其它跟踪系统利用在模拟枪支的主体上设置的标记被跟踪到虚拟现实游戏中。

图70示出了图69所示的具有暴露的直线电机500和滑块600以及机械止动件800的模拟枪支实施方式的立体图。如图所示，机械止动件800朝向模拟枪支主体的背面可见，并且是由聚丙烯和橡胶减震物制成的多组分止动件。聚丙烯或其它可用的塑料允许滑动器快速地传递能量而不损坏滑块600。聚丙烯件后面的橡胶减震物还允许传递要针对最终用户调节的随时间的能量，并且另外允许能量被安全地传递到模拟枪支的主体。这种使用多组分机械止动件800的能量传递方法适用于本文中的所有机械止动件。

图71和图72示出了附加虚拟现实游戏外围设备的侧视图。该外围设备采用与前述实施方式中所示和描述的相同类型的多组分机械止动件800。该游戏外围设备具有用于模拟模拟枪支的游戏中装料(重新加载)的附加装料手柄。它也可以被跟踪到虚拟现实游戏中；然而，可以通过使用利用在每个图的顶部处所示的跟踪器的安装的磁力跟踪(定位)跟踪该模拟外围主体。

这些游戏外围设备不必以模拟枪支的形式出现，它们可能会带有相同的基本组件：直线电机500、滑块600、机械止动件800、电源和控制器(其可以被嵌入到主体内)、扳机等，并且仿真其它主体。那些其它主体可以是棒球棒、魔杖、网球拍、板球棒、桌球棍、拳击手套、传统游戏手柄、双手控制器、钓鱼竿和卷轴、光剑、剑、双截棍(双节棍)、高尔夫球杆、锯链、斧头、刀、警棍、椅子等。在这些实施方式中，可以仿真基本相同的冲击或反冲力，如在本文的各个实施方式中描述的模拟枪支中仿真的那样。

例如，考虑其中已经实施了直线电机反冲系统以用于训练和模拟的常规椅子。椅子可以与传统游戏或模拟一起使用，以通过力反馈(冲击和隆隆声)进行更深入的身临其境。它还可以用于通过虚拟现实环境中的力反馈进行更深入的身临其境，其中可以仿真具有HMD的用户5坐在椅子上并且环境包含坐姿的模拟。无论是在模拟直升机驾驶舱、卡车还是任何其它车辆中的椅子，传统上都包括供操作人员坐的“椅子”，每个都可以针对用户5进行仿真。

图73和图74示出了用于例示直线电机500为用户5产生反冲、冲击、振动、力反馈等的两个位置的公共椅子。在典型的椅子中，用户5与椅子的后部和支承用户5的重量的椅子的底部对接。通过如本文所述那样改变直线电机，用户5可以经历在玩游戏或训练模拟期间对其而言通常不可获得的力反馈和反冲效果。

图75显示了连接到椅子的后部和底部的两个直线电机。这两个或更多个(未图示)直线电机可以一致地工作以产生用于用户5的虚拟现实体验的反冲和力反馈关联效果，因为它与用户5在训练模拟或玩游戏中感受到的相关。

在一个实施方式中，整个直线电机系统可以被包含在椅子内或者附接到椅子上。该系统可以包括如本文所述的直线电机500、滑块600、机械止动件800、直线电机控制器和直线电机电源。

在实施方式中，直线电机系统可以如本文所述那样以震动棒的形式附接。

图76示出了以不同取向附接以对用户5产生不同效果(力矢量)的直线电机的实施方式。

在一个实施方式中，多个直线电机可以附接到椅子的底部和后部。

在实施方式中，可以通过来自模拟或游戏的声音来驱动直线电机，该模拟或游戏转换出特定预设频率转换以控制直线电机的运动。

在其它实施方式中，直线电机可以通过本文所述的机构和流程图图片从模拟或游戏直接驱动。

在实施方式中，直线电机可以附接到椅子的腿部。

直线电机系统作为附件

当使用枪支模拟器主体20的可拆卸部件直接代替用于模拟训练的真实武器系统时，将直线电机系统与枪支模拟器主体20的可拆卸部件一起使用的各种优点也是显而易见的。例如，参照图2和图3，图2是枪支的完整组件，并且图3是图2的上部组件。在图3中，电机容纳在上部组件120中，使得上部组件120能够与下部组件配合。包括直线电机系统的上部组件120可以直接替代用于模拟训练的真实枪支。如上所示和描述的，上部组件120包括用于目标标记的激光组件和用于仿真真实武器的必要特征集。上部组件120还可以包括控制器和电源单元，以引导直线电机500的运动以用于反冲产生以及由被仿真的真实武器系统产生的次要反作用力效果。

为了进一步理解上述思想，直线电机系统也可以位于典型枪托壳体中，以用作可拆卸训练件或布景装备(drop in kit)。

图77和图78示出了包含直线电机系统的改进枪托(butt stock)。枪托包括机械止动件，并且还可以包括驱动电机所需的控制器和电源单元。枪托有许多不同的尺寸和形状，并且可以改变直线电机和机械止动件的位置和布置以适应这些空间约束。此外，枪托内的控制器单元和电源单元位置也可以被改变以反映空间约束。最后，枪托附接到武器模拟器20或真正枪支的主体作为布景装备的最前端位置也可以遵循典型枪托附接到主体20或真实枪支的附件点的要求改变。

参照枪托的附接部分，在图79中带螺纹的缓冲管230是可见的。因此，前两个图中的附接点可以被修改为附接到主体20的点或者实际枪支中的传统点作为用于模拟训练的布景装备。

本文所述的枪托实施方式可以由本文提及的电力器件(诸如电池、电容器或超级电容器组等)供电。本文所述的枪托实施方式可以由本文所述的直线电机控制器来控制。

震动棒

图80示出了容纳在中空圆筒(震动棒)内的直线电机500以及滑块600和在滑块600的左侧和右侧的两个多部件机械止动件。这里描述了多部件(多组件)机械止动件800。如图80所示，直线电机500偏移到震动棒的左侧。用户5可以握住如图81所示的震动棒。偏移考虑重心影响，使得用户5可以有效地握住震动棒。震动棒可以产生本文包含的所有效果，并且包括本文所述的反冲、震动、振动、瞬态振动、力反馈和其它触觉效果。

在一个实施方式中，机械止动件800可以基本相同。

在一个实施方式中，机械止动件800可以使用不同材料来产生不同力对时间图表，即使直线电机正对每个单独机械止动件施加相同力对时间。

在实施方式中，震动棒可以被插入仿真不同外围设备的不同壳体中，例如棒球棒、魔杖、网球拍、板球棒、桌球棍、拳击手套、传统游戏手柄、双手控制器、钓鱼竿和卷轴、光剑、剑、双截棍(双节棍)、高尔夫球杆、锯链、斧头、刀、警棍、椅子等。

在一个实施方式中，震动棒可以与另一个震动棒一起用于玩游戏。

在另一个实施方式中，震动棒可以与两个或更多个附加震动棒和两个或更多个外围设备主体一起使用。

在其它实施方式中，震动棒可以是可以单独使用或者在如本文所述的单独壳体中使用的虚拟现实外围设备。

在一个实施方式中，震动棒的直线电机500可以向上或向下移动其线性路径以用于重心调节。

在其它实施方式中，震动棒可以通过如本文所述的跟踪将位置数据传送到训练模拟或游戏。

在各个实施方式中，震动棒可以是无绳的，并且包括直线电机系统：直线电机500、滑块600、机械止动件800、直线电机控制器和电源。

在一个实施方式中，震动棒可以是无绳的并且包括无线通信设备。

在其它实施方式中，震动棒可以经由本文所述的相同机构通过用户5的移动来对其电源再充电。

在一个实施方式中，震动棒实施方式可以足够小以装配在智能手机或手机壳体内，以产生振动、力反馈、反冲或震动。

在其它实施方式中，震动棒-足够小以便安装在智能电话或手机壳体内-可以用于经由本文所述的相同机构通过用户5的移动来对智能手机或手机再充电。

在一个实施方式中，震动棒的滑块600可以由多种不同类型的磁体(钕、陶瓷等)组成。

在实施方式中，震动棒的滑块600可以由多种不同类型的磁体(钕、陶瓷等)组成，并且磁体在滑动器(即钕、陶瓷、钕、陶瓷等)中形成重复图案。

在一个实施方式中，震动棒的滑块600可以由多种不同类型的磁体(钕、陶瓷等)组成，并且磁体在滑动器(即陶瓷、钕、钕、陶瓷等)中形成不规则图案。

在另一个实施方式中，震动棒可以包括被配置成使得其相关电源和通信可以放置在单独附件上或单独附件内部的连接器板。例如，该附件可以包括可以插入震动棒或移除震动棒的椅子或其它主体。

图82示出了持有VR外围设备的用户5，该VR外围设备可以包括本文所述的可以经由可拆卸线缆线束连接到椅子的震动棒。如图所示，椅子可以包括所有必需的电子装置，以为震动棒和运行游戏或模拟的游戏控制台/计算机供电并与其进行通信。

在一个实施方式中，如本文所述的震动棒可以从VR外围设备移除并且从图82所示的线缆线束拆下并插入到椅子中。

在一个实施方式中，如本文所述的震动棒可以从VR外围设备移除并插入到椅子中，而不需要移除线缆线束。

图81示出了用户5持有图80所示的震动棒。用户5可佩戴头戴式显示器或本文描述的其它虚拟现实显示器。可以通过位置跟踪和/或其它跟踪系统(例如，本文描述的跟踪系统)来监视震动棒的位置。由于用户5正穿戴HMD，因此用户5的虚拟现实正在改变。当用户5向下看到震动棒时，他可能会看到前面提到的外围设备之一，诸如例如网球拍。只要握住震动棒(其中用户5物理地握住震动棒)感觉与握住网球拍基本相似，则用户5就可能被欺骗以相信他/她正握着网球拍。当直线电机如本文所述以运动学方式移动时，训练模拟或游戏可以被进一步增强。该体验应用于需要单手和双手的外围设备或对象的宽度。例如，网球拍可以被认为是需要单手的对象。由于双手被同时使用，因此棒球拍可以被认为是需要双手的对象。只要用户5与震动棒的物理接触点“感觉真实”并通过这种物理手柄成功地在物理上重建感觉，这些对象就可以都被震动棒成功仿真。

因此，在一个实施方式中，可以将多个手柄应用到震动棒上，以适当地仿真在模拟或游戏中进行仿真的对象。

图83显示了插入外围设备主体中的震动棒。外围设备主体可以包含所有必要的元素：以有线或无线的形式对主体进行供电，与主体通信，控制主体以及向主体发送信号和从主体接收信号。

在其它实施方式中，震动棒可以插入到包含用于该壳体实施方式的正确手柄的不同壳体中，并且可以具有可以应用到震动棒被插入的壳体的多个手柄。如图83所示，前手柄朝左和后手柄朝右是可以符合欺骗用户5的手柄的示例，认为他们在VR中正持有模拟武器/游戏枪外围设备，因为它们仿真可以在武器上找到的各种可用的手柄的正确感觉和布置。

驻波波形和瞬时产生的波形

图55是直线电机500和滑块/杆600组合的立体图。在各个实施方式中，直线电机500可以被编程为使滑杆/块600以预定受控方式在运动学上移动，以产生用于施加/产生滑杆/块600的预定力、加速度、速度和重心的位置、动量和冲量的滑杆/块600的各种不同预定驻波或谐振频率。在实施方式中，驻波或谐振频率可以具有以下特性：

(1)驻波幅值，

(2)驻波周期，以及

(3)驻波频率。

图56示出了具有诸如幅值5010的变化特性的驻波或谐振波形形式5000。图57示出了具有不同特性的幅值6010和周期6030的各种瞬态波形形式6000。

图58示出了具有恒定波形特性的幅值5010、波长5020和周期5030的各种类型的驻波或谐振波形形式5000(正弦波)、5000'(阶梯或矩形波)、5000”(三角波)和5000”'(锯齿波)。波长和周期是彼此基于波速的函数，并且公式波长等于波速乘以波的周期。周期等于频率的倒数。

在各个实施方式中，可以从包括正弦波、锯齿波、三角波、矩形波和/或阶梯波函数的驻波频率的组中选择原始和/或不同类型的驻波或谐振频率。在各个实施方式中，直线电机500可以在产生驻波或谐振波形的类型或种类之间切换。在实施方式中，控制滑块/杆600的直线电机500可以被编程为在从多个可能的预定义驻波或谐振频率的集合中产生不同驻波或谐振频率之间切换，所述选择基于不同游戏事件(例如，游戏目标的满意度或游戏目标的失败)和/或不同用户输入。

在实施方式中，直线电机500可以在产生相同类型或种类的驻波或谐振波形之间切换，但是具有不同波形特性，诸如(1)驻波幅值(standing amplitude)、(2)驻波周期和/或(3)驻波频率。在各个实施方式中，对于特别施加的驻波或谐振波形，直线电机500可以将施加的波形(例如，幅值、周期、频率)的选定特性从初始预定义驻波或谐振预定波形特性值从初始值按最小变化百分比(诸如至少5％的值变化)改变为第二所选的预定义驻波或谐振预定义波形特性值(例如，驻波幅值的值改变初始预定驻波或谐振幅值的至少5％)。在实施方式中，变化的百分比可以是从驻波或谐振波形特性的初始预定义值到改变至少5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％和/或99％。在其它实施方式中，所选特性的变化的百分比可以在从上述指定的最小变化百分比中的任意两个之间选择的百分比变化的范围内(例如，变化的10％至45％之间)。

直线电机500可以被编程为产生叠加在滑杆/块600的力、加速度、速度、重心的位置、由直线电机500产生的动量和/或冲量的驻波谐振频率上的滑杆/块600的力、加速度、速度、重心的位置、动量和/或冲量中的一个或更多个瞬态振动。在各个实施方式中，叠加的瞬态频率可以具有以下特性：

(1)瞬态幅值，

(2)瞬态周期，

(3)瞬态频率，

(4)叠加的瞬态时间长度，以及

(5)叠加的瞬态时间长度之间的间隔的瞬态时间长度。

图59示出了具有恒定波形特性但具有叠加的瞬态波形6000的各种类型的驻波或谐振波形(正弦波)、5000'(阶梯或矩形波)、5000”(三角波)和5000”'(锯齿波)，可能改变波形特性。

对于由直线电机500产生的正弦谐振或驻波波形5000，直线电机还可以被编程以产生各种瞬态波形，诸如波形6000、6100、6200、6300和6400。在实施方式中，每个瞬态波形6000、6100、6200、6300和6400的特性(例如，幅值、周期和波长以及瞬态波形之间的时间间隔)可以与其它产生的瞬态波形基本上相同。在各个实施方式中，每个瞬态波形6000、6100、6200、6300和6400的特性(例如，幅值、周期和波长以及瞬态波形之间的时间间隔)中的一个或更多个可以在其特性(例如，幅值、周期和波长以及瞬态波形之间的时间间隔)方面与其它瞬态波形相同。例如，幅值6010可以与幅值6110、6210和/或6310相同。作为另一示例，周期6020可以与周期6120、6220和/或6320相同。在另一示例中，波长6030可以与波长6130、6230和/或6330相同。在又一示例中，时间间隔6040可以与时间间隔6140、6240和/或6340相同。可以提供用于叠加在驻波或谐振波形5000'、5000”和5000”'上的瞬态波形的类似示例。

在各个实施方式中，每个瞬态波形式6000、6100、6200、6300和6400的特性中的一个或更多个(例如，幅值、周期和波长以及瞬态波形之间的时间间隔)可以与针对其它产生的瞬态波形中的一个或更多个的相同相应特性(例如，幅值、周期和波长以及瞬态波形之间的时间间隔)中的一个或更多个的相应特性不同。例如，幅值6010可以不同于幅值6110、6210和/或6310。作为示例，周期6020可以不同于周期6120、6220和/或6320。在另一示例中，波长6030可以不同于波长6130、6230和/或6330。在另一个示例中，时间间隔6040可以不同于时间间隔6140、6240和/或6340。可以给出用于叠加在驻波或谐振波形5000'、5000”和5000”'上的瞬态波形的类似示例。

在各个实施方式中，直线电机500可以在产生相同类型或种类的驻波或谐振波形之间切换，但是具有不同波形特性，诸如(1)瞬态幅值、(2)瞬态周期、(3)瞬态频率、(4)叠加的瞬态时间长度和/或(5)叠加的瞬态时间长度之间的间隙的瞬态时间长度。在实施方式中，对于特别施加的瞬态频率，直线电机500可以将所施加的瞬态频率的所选特性(例如，幅值、周期、频率、叠加的时间长度、施加不同瞬态频率波形之间的时间间隔的长度)从初始预定义瞬态波形特性值按照从初始值的最小变化百分比(诸如至少5％的值变化)改变为第二所选预定义瞬态波形特性值(例如，瞬态幅值的值改变初始预定义瞬态幅值的至少5％)。在实施方式中，变化的百分比可以是从瞬态波形特性的初始预定义值到改变值的至少5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％和/或99％。在各个实施方式中，所选特性的变化百分比可以在从上述指定最小变化百分比中的任意两个之间选择的百分比变化范围内(例如，变化的10％至45％之间)。

控制滑块/杆600的直线电机500可以被编程为从多个可能预定义瞬态频率的集合产生不同瞬态频率和/或在不同瞬态频率之间切换，所述选择基于不同游戏事件(例如，游戏目标的满足度或游戏目标的失败)和/或不同用户输入。在各个实施方式中，产生和/或切换可以用于仿真来自虚拟游戏的冲击。冲击是关于事物遭受的极端力的术语(通常以加速度对时间来测量)。机械或物理冲击是例如由撞击、下落、踢、地震或爆炸导致的突然加速或减速。本文所述的反冲也是震动的一种形式。冲击可以以其峰值加速度、持续时间和冲击脉冲的形状(例如，半正弦、三角形、梯形等)为特征。冲击响应谱是用于进一步评估机械震动的方法。

在实施方式中，由控制滑块/杆600的直线电机500产生的特定叠加瞬态频率的幅值可以随时间变化。在各种实施方式中，幅值随着时间减小，随时间增加，或者随时间减小和增加。

由控制滑块/杆600的直线电机500产生的叠加瞬态频率的频率可以随时间变化。在各种实施方式中，频率可以随时间减小，随时间增加，或者随时间减小和增加。

在各种实施方式中，由控制滑块/杆600的直线电机500产生的特定叠加瞬态频率的上述特定特性中的一个或更多个可以在由直线电机500产生的相同驻波谐振频率上的不同叠加瞬态频率之间变化。

瞬态波函数可以用于模拟甚至枪支中的各种异常操作条件，诸如机械故障、失火、卡住以及未能馈送第二发弹药以发射(其导致或可能导致卡住)。

关于对本公开的使用和操作的方式的进一步论述，从上述描述中应该显而易见。因此，将不提供关于使用和操作方式的进一步论述。

尽管参照各种实现和开发来描述实施方式，但是应当理解，这些实施方式是例示性的并且本发明的范围不限于此。许多变化、修改、添加和改进是可能的。此外，本文描述的任何步骤可以以任何期望的顺序执行，并且可以添加或删除任何所需的步骤。

Claims (10)

1.一种模拟系统，所述模拟系统包括：

主体；

包括滑块的直线电机，所述直线电机附接到所述主体；

机械止动件；

控制器，所述控制器与所述直线电机通信并且控制所述滑块的移动，其中，所述控制器将冲量值传输至所述直线电机并且所述电机驱动所述滑块抵靠所述机械止动件，以将与所述冲量值成比例的反作用力传递至所述主体；以及

电源单元，所述电源单元向所述直线电机和所述控制器中的至少一个供电；

其中，所述电源单元包括电池；以及

其中，所述电源单元为能够固定至所述主体的弹药夹的形式。

2.一种系统，所述系统包括：

主体；

附接至所述主体的直线电机，所述直线电机控制滑块；

控制器，所述控制器控制所述滑块的移动，使得所述滑块在所述主体上产生力；以及

电源单元，所述电源单元向所述直线电机和所述控制器中的至少一个供电，其中，所述电源单元为能够固定地附接至所述主体的弹药夹的形式。

3.一种系统，所述系统包括：

主体；

附接至所述主体的直线电机，所述直线电机控制滑块；以及

控制器，所述控制器控制所述滑块的移动，使得所述滑块在所述主体上产生力，其中，所述滑块包括以相同极面对相同极相互邻近线性对齐的多个永磁体。

4.一种模拟系统，所述模拟系统包括：

主体，所述主体具有通用外壳；

可互换直线电机系统，所述可互换直线电机系统可移除地附接至所述通用外壳，所述直线电机系统包括滑块和控制器，所述控制器与所述直线电机通信并且具有编程反冲冲量值，其中，所述控制器将所述反冲冲量值传输至所述直线电机并且所述电机驱动所述滑块，使得所述滑块产生模拟所述反冲冲量值的、对所述主体的反作用力。

5.根据权利要求4所述的模拟系统，其中，所述直线电机系统还包括机械止动件，其中，所述滑块被驱动抵靠所述机械止动件以模拟所述反作用力。

6.根据权利要求4所述的模拟系统，其中，所述主体是模拟枪支和枪支中的至少一个。

7.根据权利要求4所述的模拟系统，所述模拟系统还包括电源单元，所述电源单元给所述直线电机和所述控制器中的至少一个供电。

8.根据权利要求7所述的模拟系统，其中，所述电源单元包括电池。

9.根据权利要求7所述的模拟系统，其中，所述电源单元经由电源线可移除地连接至所述主体。

10.根据权利要求7所述的模拟系统，其中，所述电源单元和所述控制器中的至少一个被固定至所述主体并且定位在所述主体内，使得所述模拟系统是无绳的。