CN112781436A - 一种模拟仿真使用的步枪模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及武器仿真领域，提供了一种模拟仿真使用的步枪模拟器，步枪模拟器具有枪体，枪体包括保险、枪栓、弹夹、扳机，步枪模拟器还包括动捕装置、垂直握把、后坐力产生装置和控制单元；动捕装置用于步枪模拟器的空间定位；垂直握把用于步枪模拟器的姿态控制；控制单元包括垂直握把信息采集模块、保险信息采集模块、枪栓信息采集模块、弹夹信息采集模块、扳机信息采集模块和逻辑判断模块，分别用于对保险、枪栓、弹夹、扳机的状态信息进行采集，经逻辑判断后确定是否产生后坐力，并将控制信号传输给后坐力产生装置。本发明是一种仿真模拟枪，基于原有真枪外形基础上进行电子逻辑处理，在作战模拟仿真尤其是模拟训练作战仿真中具有良好应用前景。

Description

一种模拟仿真使用的步枪模拟器

技术领域

本发明涉及武器仿真领域，特别涉及一种模拟仿真使用的步枪模拟器，适用于“人在环”作战仿真。

背景技术

步枪是我军常规轻武器之一，所以步枪模拟器相对于模拟训练来说非常重要，是模拟训练仿真的关键落地设备之一。步枪模拟器主要解决枪支本身的战术动作实现、战术动作采集、战术动作逻辑判断和战术动作上传至上位机以及空间和位置定位。随着现代电子技术不断精进，实现电子后坐力可以有效的模拟；电子模块的小型化，使模拟枪内部电子逻辑运算模块得以安装设备内部；现代通讯模块的日趋成熟和小型化，使模拟枪与上位机之间的通讯实现的无线传输。基于以上几点内容，使得本发明可以落地实施。最终发明出了适用于仿真模拟训练的步枪模拟器。

发明内容

本发明的目的就是解决现有技术的不足，提供了一种模拟仿真使用的步枪模拟器，能够进行步枪的模拟训练。

本发明采用如下技术方案：

一种模拟仿真使用的步枪模拟器，所述步枪模拟器具有枪体，所述枪体包括保险、枪栓、弹夹、扳机，其特征在于，所述步枪模拟器还包括动捕装置、垂直握把、后坐力产生装置和控制单元，

所述动捕装置，用于所述步枪模拟器的空间定位；

所述垂直握把，用于所述步枪模拟器的姿态控制；

所述控制单元包括垂直握把信息采集模块、保险信息采集模块、枪栓信息采集模块、弹夹信息采集模块、扳机信息采集模块和逻辑判断模块，分别用于对保险、枪栓、弹夹、扳机的状态信息进行采集，经逻辑判断模块进行逻辑判断后确定是否产生后坐力，并将控制信号传输给所述后坐力产生装置。

进一步的，所述动捕装置包括分别设置于所述步枪模拟器的枪体2个侧面的若干LED灯，使用时多个LED灯闪烁，通过摄像头捕捉多个所述LED灯的位置换算出所述步枪模拟器的空间位置。

进一步的，所述步枪模拟器的枪体左侧面设置6个LED灯和1个OLED显示屏，枪体右侧面设置5个LED灯。

进一步的，所述垂直握把包括1个或多个按钮和1个摇杆；所述按钮控制VR场景中的开门交互动作；所述摇杆的上下左右移动，分别代表VR虚拟场景中参训人员前后左右方位的移动；所述按钮的位置状态信息，及摇杆的移动信息均通过垂直握把信息采集模块与上位机交互。

进一步的，所述保险信息采集模块包括用于实现保险状态变更的多触点旋转电位器；所述枪栓信息采集模块包括用于测量枪栓状态的霍尔传感器；所述弹夹信息采集模块包括设置于步枪模拟器握把处的更换弹夹按钮及第二微动式行程开关；所述扳机信息采集模块包括用于测量扳机状态的第一微动式行程开关；所述多触点旋转电位器、霍尔传感器、更换弹夹按钮、第一微动式行程开关、第二微动式行程开关均与所述控制单元信号连接。

进一步的，所述逻辑判断模块的判断规则为：当保险处于打开状态，枪栓拉动，弹夹内有子弹，扣动扳机4个条件同时具备时，逻辑判断模块反馈给上位机射击就绪指令，上位机向所述后坐力产生装置发出后坐力指令产生后坐力。

进一步的，所述上位机为背负式计算机。

进一步的，所述步枪模拟器还包括为所述动捕装置、垂直握把及控制单元供电的第一电池，为所述后坐力产生装置供电的第二电池。

进一步的，所述第一电池设置在步枪模拟器枪体内，电压为11.1V；所述第二电池设置在弹夹内，电压为22.2V。

进一步的，所述第一电池采用micro USB接口充电，第一电池固定于步枪模拟器枪体内不能拆卸；所述第二电池采用XH7-2.54接口充电，充电时将弹夹从步枪模拟器枪体上取下来单独充电。

本发明的有益效果为：本发明提出的一种适用于“人在环”作战仿真的所使用的步枪模拟器，主要包括枪身外部热物理构件、电子后坐力、电子处理模拟、动作捕捉LED和上位机通讯；本发明是一种仿真模拟枪，基于原有真枪外形基础上进行电子逻辑处理，在作战模拟仿真尤其是模拟训练作战仿真中具有良好的应用前景。

附图说明

图1所示为本发明实施例一种模拟仿真使用的步枪模拟器的左侧面(A面)结构示意图。

图2所示为实施例中步枪模拟器的右侧面(B面)结构示意图。

图3所示为实施例中一种模拟仿真使用的步枪模拟器的整体控制原理框图。

图4所示为实施例中微动式行程开关接线图。

图5所示为一个实施例中的电磁开关典型的电路图及起动机电路图。

图6所示为一个实施例中的电子后坐力原理图

图中：1-推杆；2-弹簧；3-压缩弹簧；4-动断触点；5-动合触点。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

1、如图1、图2所示，本发明实施例一种模拟仿真使用的步枪模拟器，具备保险、枪栓、弹夹、扳机等一系列真枪机构，参训者能够模拟真枪操作动作操作步枪模拟器，完成模拟训练动作。步枪模拟器内部控制电路检测和判断参训人员操作动作的逻辑正确性，根据判断结果决定是否产生后坐力。步枪内部控制电路可与背负式计算机通讯，向计算机实时汇报枪支操作动作，保证真实操作与虚拟VR场景操作一致。

1)射击：通过扣动枪支物理扳机，触发软件中枪支射击动作。

2)换弹夹：通过按动半实物模型步枪握把处更换弹夹按钮，触发软件中枪支更换弹夹。

3)保险开关：通过拨动模拟枪支上保险拨动键，切换95半实物模拟枪的保险开关模式，并触发软件中枪支的保险开关功能。

4)后坐力：模拟枪支的后坐力要与软件中枪支射击同步，模拟枪支的单发/连发模式的模拟枪支后坐力要与软件中内容表现一致。当软件中枪支没有子弹时不向对应枪支发送后坐力信号，此时，扣动枪支扳机没有后坐力。

5)姿态测量：通用标准的导轨式垂直握把，可以适用于所有模拟枪支，包括1个或多个按钮和1个摇杆；所述按钮控制VR场景中的开门交互动作；所述摇杆的上下左右移动，分别代表VR虚拟场景中参训人员前后左右方位的移动；所述按钮的位置状态信息，及摇杆的移动信息均通过垂直握把信息采集模块与上位机交互。

6)数据通讯及传输：将半实物模型步枪各战术动作采集信息通过无线数传模块及USB数据接收模块实时传递给主控后台。

2、步枪模拟器左面(A面，即枪口朝前时左半部分)6个动捕LED灯、1个OLED显示屏和1个保险，共9个电子元器件，这9个电子元器件统一焊接至一块长方形电路板上，电路板与位于步枪B面的主控电路板采用接插件连接。其中，6个动捕LED灯的引脚直接整形后焊与电路板上，OLED和保险采用硅胶线连接到电路板上。步枪A面结构图如图1所示。

步枪模拟器右面(B面，即枪口朝前时右半部分)包含：5个动捕LED、1个霍尔元器件(枪栓)、1个微动开关(扳机)、1个电源开关、1个电子后坐力(包含温度传感器和光电传感器)、1个第二电池(后坐力电池)、1个第一电池(控制电路电池)、1个动捕主控板、1个USB接口(第一电池充电、PANID修改)、1个无线网络(ZigBee)模块、1个蜂鸣器。5个动捕LED灯、霍尔元器件(枪栓)、USB接口、无线网络模块、蜂鸣器均直接焊于电路板上，其余电子部分与电路板用导线连接。步枪模拟器B面结构图如图2所示。

3、步枪模拟器控制电路能够控制模拟枪支完成整套射击训练动作，包括：开保险、换弹夹、拉枪栓、扣扳机、模拟后坐力等功能，同时，步枪模拟器内部集成动捕模块电路，可以与背负式计算机(上位机)后台软件配合，共同实现VR动捕功能。

4、步枪模拟器控制电路包含以下模块电路：电子后坐力控制电路，衔铁到位检测电路，后坐力过温保护电路，后坐力电压检测电路，换弹夹检测电路，控制电源采样电路，ZigBee模块电路，控制电源充电电路，PANID修改接口电路，蜂鸣器控制电路，激光管驱动电路，拉枪栓检测电路，扣扳机检测电路，OLED驱动电路，保险检测电路，动捕电路。步枪系统原理框图如图3所示。

5、枪体内的11.1V第一电池为控制电路供电，弹夹内的22.2V第二电池为后坐力电路供电。11.1V 550mAh第一电池采用micro USB接口充电，第一电池固定于枪体内不能拆卸，22.2V后坐力第二电池采用XH7-2.54接口充电，充电时必须将弹夹从枪上取下来单独充电。

6、22.2V后坐力电池电压监测电路仅做低压报警提示，当电池电压低于20V时，蜂鸣器报警，此时需要更换电量充足的弹夹。后坐力电池电压低于20V报警后，仍能保证后坐力触发最少30次。避免参训人员训练过程中出现弹夹弹量未用完但无后坐力感觉的情况出现。

7、11.1V控制电路第一电池电压监测采用ADC采样方式，能够实时监测电池电量损耗情况。控制模块会定时采集11.1V电池电压，设定4级门限：100％，60％，30％，10％，并将门限电压值显示于液晶显示屏上，当电池电压低于10％时，蜂鸣器报警，必须对自动步枪充电。

8、结构和电气原理

步枪模拟器依据95步枪外形调整后设计的集枪身姿态采集，电子后坐力、保险触发、扳机触发、更换弹夹触发等功能。枪身按标准方式固定11个固定点位的姿态采集LED灯珠，作为空间位置确定的动捕装置，实现系统与装备的联动。

1)模拟射击功能

a)机械触发原理

扳机模拟开关采用机械扳机，联动触发行程开关结构，实现在扣动扳机时将行程开关触发，并通过Zigbee信息传输功能键将信号传递给背负式计算机(上位机)，从而实现与软件系统联动的功能。

b)电气实现原理

扣动扳机结构采用物理触发的方式，触发行程开关，行程开关是用于控制机械设备的行程及限位保护。本模拟器扳机采用第一微动式开关，其接线方式如图4。

(1)在安装行程开关时，要检查挡铁在行走到位时能否碰撞行程开关头，切不可碰撞在行程开关中间或其他部位。

(2)在安装或检查行程开关时，要把它固定牢固，并用手拨动或压动行程开关动作头，仔细听声音，检查是否有“啪”的响声，如果没有，应打开行程开关，调节连接微动开关与动作轴的螺丝。

2)更换弹夹功能

a)更换弹夹电气触发原理

更换弹夹模拟开关采用标准弹夹更换方式，联动触发行程开关结构，实现在更换弹夹时将行程开关触发，并通过Zigbee信息传输功能键将信号传递给背负式计算机，从而实现与软件系统联动的功能。

b)电气实现原理

更换弹夹模拟开关采用标准弹夹更换方式，更换弹夹时结构采用物理触发的方式，触发行程开关，行程开关是用于控制机械设备的行程及限位保护。此结构采用第二微动开关式行程开关的接线方式如图4。

3)保险切换功能

本步枪模拟器保险切换采用三触点旋转电位器实现模拟器0、1、2档之间的切换，分别代表保险闭锁、单发、连发三种武器击发状态。三触点旋转电位器的不同阻值代表不同的档位，从而与电子后坐力及扳机触发机构形成联动，实现武器闭锁-无法击发；武器单发-单次扣扳机时一次电子后坐力及一次枪机击发；连发-扣扳机时长超过0.3秒时，实现电子后坐力三次击发与三次枪机击发的功能。

4)数据通讯及传输功能

综合考虑仿真模拟训练系统传输信息种类、接入终端容量、信息传输带宽、通信覆盖区域、无线通信制式、系统扩容性和技术成熟度等因素，本对抗训练系统的无线通信系统采用了我国拥有相对成熟度最高的无线数传电台的无线通信体制，在通信频段上，选择工作频段(433MHz～900MHz)。

无线自组织网络是一种无中心的分布式控制网络，一个多跳临时性自治系统，网络中的移动终端、基站兼备路由器和主机两种功能，通过无线连接构成任意的网络拓扑。无线自组网可以看成是移动通信技术和计算网络的有机融合。在基站之间的网络通信中，由于应用场景和组网结构复杂多样，通信节点具有移动的随机性和突发性、业务传输的偶然性，因此系统设计要求宽带网络连接能够根据无线链路、拓扑结构、传输路径、业务状况等进行进行调整。自组织网络能通过节点自动对网络参数进行优化和调整，以适应无线通信的动态拓扑变化，从而提高通信系统的鲁棒性，改善通信质量。

5)电子后坐力功能

触发原理

电子后坐力采用电磁感应开关原理，其中起动机电磁开关是由激磁线圈和动铁心组成，由电提供能量，是一种由电磁能转化为机械运动的并带辅助装置的柱塞式电磁铁。以开关装配形成来分分可分为整体式电磁开关。

电磁开关典型的电路图及起动机电路图如图5所示。电子后坐力原理如图6所示。

9、射击动作模拟

参训人员操作步枪模拟器，切换保险、拉动枪栓、更换弹夹时，步枪模拟器上的通讯模块主动向背负式计算机汇报枪支动作。参训人员只有按正常射击操作流程操作步枪，即装好弹夹，打开保险，拉过枪栓后，再扣动扳机，步枪才会产生后坐力，同时步枪向背负式计算机汇报一次射击动作，汇报数据中包含弹夹剩余弹量，背负式计算机可以通过数据查看步枪剩余弹量，保证VR场景中的虚拟枪支剩余弹量与模拟步枪剩余弹量一致。如果出现背负式计算机存储弹量与枪支剩余弹量不符，背负式计算机可以向枪支下发修改弹量数据，枪支根据数据内容修改自身剩余弹量。

10、更换武器

每个参训人员配备一套武器装备，每套装备具有唯一PANID(网络标识符)的ZigBee网络。每套装备配备一个U盘外形的背负式计算机用的ZigBee接收器和1个U盘外形micro接口的PANID下载器，ZigBee接收器和PANID下载器具有唯一PANID，不能修改。每套装备以背负式计算机为主机，其余武器为从机。主机作为ZigBee网络的协调器，从机为路由器。原则上，不允许参训人员随意交换使用武器。若因特殊原因需要更换武器，需要参训人员打开新武器电源，将PANID设置模块插入步枪的micro USB接口内，武器检测到PANID下载器后自行读取PANID下载器中的PANID，更新步枪中原来的PANID。当新步枪的PANID与背负式计算机一致后，步枪加入这套装备的ZigBee网络，可以开始正常训练。

必须用PANID下载器将95-1步枪枪体和对应小握把的PANID全部刷新，即将PANID下载器插入95-1步枪握把，更新完枪体PANID后，再将PANID下载器插入小握把，将小握把的PANID与枪体更新为一致。

11、OLED屏显示内容

OLED屏从上到下分3行显示，最上面一行显示动捕电路板ID号，中间一行显示弹夹剩余弹量，下面一行显示武器当前电量。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (10)

1.一种模拟仿真使用的步枪模拟器，所述步枪模拟器具有枪体，所述枪体包括保险、枪栓、弹夹、扳机，其特征在于，所述步枪模拟器还包括动捕装置、垂直握把、后坐力产生装置和控制单元；

所述动捕装置，用于所述步枪模拟器的空间位置确定；

所述垂直握把，用于所述步枪模拟器的姿态控制；

所述控制单元包括垂直握把信息采集模块、保险信息采集模块、枪栓信息采集模块、弹夹信息采集模块、扳机信息采集模块和逻辑判断模块，分别用于对保险、枪栓、弹夹、扳机的状态信息进行采集，经逻辑判断模块进行逻辑判断后确定是否产生后坐力，并将控制信号传输给所述后坐力产生装置。

2.如权利要求1所述的模拟仿真使用的步枪模拟器，其特征在于，所述动捕装置包括分别设置于所述步枪模拟器的枪体2个侧面的若干LED灯，使用时多个LED灯闪烁，通过摄像头捕捉多个所述LED灯的位置换算出所述步枪模拟器的空间位置。

3.如权利要求2所述的模拟仿真使用的步枪模拟器，其特征在于，所述步枪模拟器的枪体左侧面设置6个LED灯和1个OLED显示屏，枪体右侧面设置5个LED灯。

4.如权利要求1所述的模拟仿真使用的步枪模拟器，其特征在于，所述垂直握把包括1个或多个按钮和1个摇杆；所述按钮控制VR场景中的开门交互动作；所述摇杆的上下左右移动，分别代表VR虚拟场景中参训人员前后左右方位的移动；所述按钮的位置状态信息，及摇杆的移动信息均通过垂直握把信息采集模块与上位机交互。

5.如权利要求1所述的模拟仿真使用的步枪模拟器，其特征在于，所述保险信息采集模块包括用于实现保险状态变更的多触点旋转电位器；所述枪栓信息采集模块包括用于测量枪栓状态的霍尔传感器；所述弹夹信息采集模块包括设置于步枪模拟器握把处的更换弹夹按钮及第二微动式行程开关；所述扳机信息采集模块包括用于测量扳机状态的第一微动式行程开关；所述多触点旋转电位器、霍尔传感器、更换弹夹按钮、第一微动式行程开关、第二微动式行程开关均与所述控制单元信号连接。

6.如权利要求5所述的模拟仿真使用的步枪模拟器，其特征在于，所述逻辑判断模块的判断规则为：当保险处于打开状态，枪栓拉动，弹夹内有子弹，扣动扳机4个条件同时具备时，逻辑判断模块反馈给上位机射击就绪指令，上位机向所述后坐力产生装置发出后坐力指令产生后坐力。

7.如权利要求1-6任一项所述的模拟仿真使用的步枪模拟器，其特征在于，所述上位机为背负式计算机。

8.如权利要求5所述的模拟仿真使用的步枪模拟器，其特征在于，所述步枪模拟器还包括为所述动捕装置、垂直握把及控制单元供电的第一电池，为所述后坐力产生装置供电的第二电池。

9.如权利要求8所述的模拟仿真使用的步枪模拟器，其特征在于，所述第一电池设置在步枪模拟器枪体内，电压为11.1V；所述第二电池设置在弹夹内，电压为22.2V。

10.如权利要求9所述的模拟仿真使用的步枪模拟器，其特征在于，所述第一电池采用micro USB接口充电，第一电池固定于步枪模拟器枪体内不能拆卸；所述第二电池采用XH7-2.54接口充电，充电时将弹夹从步枪模拟器枪体上取下来单独充电。

Images