CN205748114U - 复合弓模拟器 - Google Patents

Abstract

复合弓模拟器。本实用新型涉及弓箭技术，具体是一种可用于辅助掌握复合弓射箭技能以及进行复合弓射箭娱乐的装置。本实用新型给出的复合弓模拟器，使得复合弓的开弓与撒放练习不需要特殊场地、不损耗弓与箭。所采用的技术方案要点是：采用简便易携的结构，实时测量弓弦被拉开的长度，依据弓弦被拉开的长度，对弓弦施加阻止其被拉开的阻力，在检测到弓弦拉力消失时进行击发，从而模拟复合弓开弓放箭的过程。

Description

复合弓模拟器

技术领域

本实用新型涉及弓箭技术，具体是一种进行开弓训练的装置与方法。

背景技术

弓箭自古以来就为人类广泛使用。当今，弓箭仍然在运动、娱乐、狩猎等领域具有广泛的用途。掌握射箭所必要的技能需要一定的练习，但使用通常的弓箭不易寻找合适的练习场所；并且，由于弓不可空放，因而在练习过程需要损耗箭以及磨损弓本身；还有，通常的弓并不能很方便地调整拉力、拉距等特性参数。因此，需要新的技术与装置，实现更优效果的开弓训练。

发明内容

本实用新型提供开复合弓模拟器，可实现具备模拟效果的开弓训练以及娱乐。

本实用新型采用如下技术方案：

复合弓模拟器，其特征是：

具有供射手握持的弓把、安装在弓把上部的射光器、安装在弓把下部的配重平衡杆、连接在弓把后端的模拟器；

在模拟器中，安装有主转轴、弦轮、摩擦轮、弦拉长计、摩擦力计、主控制器；

主转轴的轴向与射手在开弓时牵拉弓弦的方向相垂直；

在主转轴上，安装有弦轮，弦轮可以绕主转轴而转动；

在主转轴上，安装有摩擦轮，摩擦轮与弦轮并列安装在主转轴上，摩擦轮既可以绕主转轴而转动、又可以沿主转轴的轴向滑动，从而滑向弦轮而与弦轮贴合、以及滑离弦轮而与弦轮分离；

弦轮朝向摩擦轮的一面，具有磁性，该磁性是由弦轮所包含的已充磁的永磁体构件提供的；

摩擦轮朝向弦轮的一面，具有可调节有无与强弱的磁性，该磁性是由摩擦轮所包含的线圈构件提供的，并且，摩擦轮线圈构件磁场与弦轮永磁体构件磁场是磁场方向相异而相互吸引的；

弦轮朝向摩擦轮的一面，具有摩擦材料制作的摩擦件；

摩擦轮朝向弦轮的一面，具有摩擦材料制作的摩擦件，并且，在摩擦轮与弦轮贴合时，二者的摩擦件接触在一起；

通过调节摩擦轮线圈构件电流的有与无，使得摩擦轮与弦轮贴合与脱离，通过调节摩擦轮线圈构件电流的强与弱，使得摩擦轮与弦轮贴合时，二者的摩擦件之间的接触压力变大与变小，从而使得二者之间的摩擦力变大与变小；

开弓过程是射手以一手握持弓把，以另一手将弓弦的尾端从初始位置开始向后牵拉、直至结束牵拉并准备释放的过程；

开弓过程中，弓弦的首端连接在弦轮上，弓弦的尾端暴露在模拟器的外壳之外以供射手向后牵拉，全部的弓弦分为两部分，一部分处于伸展状态，也就是从弓弦尾端到弦轮的部分，另一部分处于卷绕状态，也就是包括弓弦首端在内的、卷绕在弦轮上的弓弦部分；

开弓过程中，随着射手向后牵拉弓弦尾端，弓弦尾端后拉距离增大，从而使得从弓弦尾端到弦轮的距离增大，驱使弦轮通过转动而将卷绕的弓弦放出，称弦轮放出卷绕弦的转动方向为正转，而相反的转动方向为反转；

主控制器具有对外的数据接口和数据存储功能，能够预先设置并存储弓弦尾端后拉距离与弓弦拉力的对应关系；

开弓过程中，弦拉长计测量弦轮的转数，并将测量结果传输给主控制器；

开弓过程中，主控制器根据当前的弦轮转数结果，结合弓弦在弦轮上卷绕的周长，得出当前的弓弦尾端后拉距离，并依据预先设置的弓弦尾端后拉距离与弓弦拉力之间的对应关系，得出当前的弓弦拉力，作为拉力预期值；

开弓过程中，主控制器根据当前的拉力预期值，依据弦轮与摩擦轮的作用关系，计算出摩擦轮上所对应的摩擦力大小，作为阻尼力本值；

开弓过程中，摩擦力计测量当前摩擦轮所受到的实际摩擦力，并将测量结果传递给主控制器；

开弓过程中，主控制器将当前的摩擦轮所受到的实际摩擦力与阻尼力本值进行比对，若实际摩擦力大于阻尼力本值，则减小摩擦轮线圈构件的电流以减小弦轮与摩擦轮二者接触面的压力，若实际摩擦力小于阻尼力本值，则增加摩擦轮线圈构件的电流以增加弦轮与摩擦轮二者接触面的压力，若实际摩擦力等于阻尼力本值，则保持摩擦轮线圈构件的电流不变；

开弓过程中，若弓弦后拉距离已达到最大值，则发出锁止信号，同时，锁止弦轮转动；

开弓过程中，若实际摩擦力消失，则产生击发信号，射光器接收到击发信号后，发出与射手的瞄准线一致的光束；

感光靶记录射光器所发出的光束的照射位置，作为射箭的命中结果。

所述的复合弓模拟器，其特征是：

所述的弦拉长计测量弦轮的转数，是：

弦轮侧面边缘处，沿侧面圆周均匀分布一个以上的通光孔；

弦轮转动中，通光孔通过光电感应器，以光电感应的方式，对弦轮的转数进行计数。

所述的复合弓模拟器，其特征是：

所述的弦轮，包含一个发条弹簧，该发条弹簧随着弦轮正转而被上紧，在射手拉力撤消后，该发条弹簧通过回弹而将弦轮反转。

所述的复合弓模拟器，其特征是：

所述的主控制器具有对外的数据接口，是主控制器具有与手机连接并进行数据交换的接口，从而利用手机软件友好丰富的人机界面。

本实用新型的有益效果在于：（1）能够真实模拟射手开弓的动作过程；（2）能够模拟不同的拉力拉距特性，从而适用于反曲弓、复合弓等各种类型的弓；（3）没有承受较大弹性而受力变形的部件，具有高安全性；（4）不耗费箭，使用成本低；（5）不受场所的局限；（6）兼具较好的娱乐性。

附图说明

图1是本实用新型复合弓模拟器的一种实施例的整体结构示意图；

图2是本实用新型复合弓模拟器所采用的弦轮与摩擦轮的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明。

（一）整体实施例

图1是本实用新型复合弓模拟器的一种实施例的整体结构示意图。弓把110提供射手握持的功能；弓把110不发生弹性形变；在本实施例中，假定弓把110的几何形状与尺寸是固定不变的。在弓把110上方，安装有射光器120；射光器120的安装轴线是与射手的瞄准线相一致的；射光器120在击发信号作用下，能够发出一束与射手瞄准线相一致的光；发出的光可以照射在感光靶上，作为射箭的命中结果。在弓把110的下方，安装有配重平衡杆130；通过调节配重平衡杆130上所安装滑块的重量与位置，可以调整射手握持的力度感觉。模拟器500连接在弓把110后端，完成对开弓的模拟功能。

在模拟器500中，安装有主转轴510；主转轴510的轴向，是与射手开弓时牵拉弓弦作用力的方向相垂直的。主转轴510上安装有弦轮520；弦轮520以主转轴510为转轴而转动。弓弦210的首端连接在弦轮上；弓弦210的弓弦尾端220暴露在模拟器的外壳之外以供射手向后牵拉；弓弦尾端220可以附着弦环或者拉手，以便射手用手指或者撒放器来牵拉弓弦。全部的弓弦分为两部分：一部分是在开弓过程中处于伸展状态的弓弦部分，也就是从弓弦尾端220到弦轮520的部分；另一部分是包括弓弦首端在内的、在开弓过程中卷绕在弦轮上的弓弦部分。在开弓的过程中，随着射手将弓弦尾端220向后牵拉，驱使弦轮520通过转动而将所卷绕的弓弦放出，称弦轮520放出卷绕弦的转动方向为正转，而相反的转动方向为反转。弦拉长计540测量弦轮520转动的转数，并将测量结果传输给主控制器560；根据弦轮转数和弓弦在弦轮上卷绕的周长，即可得出弓弦尾端220被射手向后牵拉的距离。弦拉长计540采用光电感应的方式来测量弦轮520的转数；为此，在弦轮520的侧面靠近边缘处，沿圆周均匀分布有通光孔；弦拉长计540的“发光管－感应器”配对安装在弦轮520侧面边缘通过的位置，从而使得每一个通光孔转过“发光管－感应器”配对时，即可生成一个计数脉冲。假定弓弦在弦轮520上卷绕的周长为15厘米，通光孔的个数为20个，则弦轮正转时的每一个计数脉冲相当于弓弦尾端220被向后拉开“15×1/20＝0.75厘米”。因此，在开弓过程中，若射手一直向后牵拉弓弦（即：弦轮只进行正转），则“弓弦尾端后拉距离＝0.75厘米×计数脉冲个数”。

复合弓的特性体现在“拉力－拉距”特性曲线上；也就是，随着射手开弓时牵拉弓弦向后移动的距离不同，射手应施加的牵拉弓弦的拉力随之变化，且并非是单调增长的变化，而是具有“小－大－小”的波动变化。为此，根据待模拟的目标复合弓的特性参数，预先将目标复合弓所对应的“拉力－拉距”特性曲线转换为模拟器的“弓弦尾端后拉距离与弓弦拉力之间的对应关系”。也就是，每一个弓弦尾端被向后拉开的距离值，都有一个与之对应的拉力值；这个拉力值，就是为了将弓弦尾端拉开这样的距离，射手所应施加的牵拉弓弦尾端的拉力大小。主控制器560具有对外的数据接口以及数据存储功能，允许射手预先将这样的弓弦尾端后拉距离与弓弦拉力的对应值，设置到模拟器中。主控制器560的数据接口可以采取与手机APP软件对接的方式，从而利用手机APP软件丰富友好的界面功能。

为了迫使射手必须施加相应的拉力，模拟器通过摩擦轮530对弦轮520的转动施加阻力矩。摩擦轮530也安装在主转轴510上。摩擦轮530能够以主转轴510为转轴而转动；摩擦轮530又能够沿着主转轴510的轴向滑动，从而靠向弦轮520或者与弦轮520脱离接触。为了测量摩擦力的大小，摩擦轮530通过测力缆551与摩擦力计550相连接；摩擦力计550能够测量测力缆551所受的拉力。摩擦力计550的安装位置是固定的，测力缆551的长度也是固定的，从而实际上对摩擦轮530的转动起到了限位作用；也就是，当摩擦轮530与弦轮520之间存在摩擦力时，摩擦轮530并不会随着弦轮520一起正转，而是保持不转动，从而使得二者之间的摩擦力实质上起到了阻碍弦轮520正转的作用。当需要对弦轮520的转动施加阻力矩时，摩擦轮530滑向并贴紧弦轮520，从而利用二者之间接触面所产生摩擦力阻碍弦轮520的转动，使得射手感受到牵拉弓弦的受力；如果需要增大二者之间的摩擦力，则驱使摩擦轮530与弦轮520更加贴紧以使得二者接触面的压力增加，如果需要减小二者之间的摩擦力，则减弱摩擦轮530与弦轮520二者接触面的压力。

根据摩擦力计550的测量结果，主控制器560（为使绘图清晰，图1中并未绘出主控制器560到其它单元的信号连线）控制摩擦轮530和弦轮520之间摩擦力的增大与减小。称当前的“与弓弦尾端后拉距离相对应的拉力值”为“拉力预期值”；称弓弦尾端到弦轮的方向为拉力作用线。对于弦轮520而言，在忽略其它阻尼力矩的情况下（例如主转轴自身转动固有的阻尼），使弦轮520正转的力矩等于“拉力预期值×主转轴轴心线到拉力作用线的距离”，而摩擦轮530施加的阻力矩等于“摩擦力计测量结果×主转轴轴心线到测力缆的距离”。因此，在当前时刻，若“”，则减弱摩擦轮530与弦轮520之间接触面的压力，否则，则增大二者接触面的压力。

如果当前的弓弦尾端后拉距离已达到最大值（这个最大值应当由模拟器的弓弦总长度、被模拟的复合弓的最大拉距，而共同确定），则主控制器应发出锁止信号；锁止信号可用于提示射手不要继续后拉弓弦，也可用于锁止弦轮的转动（例如，驱使摩擦轮与弦轮之间的摩擦力急剧增大而使弦轮不可再被拉动）。

如果摩擦力计550的测量结果趋向于零，则意味着射手释放了对弓弦尾端的拉力而实施了“击发”或“撒放”。这样，主控制器560向射光器120发出“击发”信号而触发射光器120发出光束。

（二）弦轮与摩擦轮实施例

图2是本实用新型复合弓模拟器所采用的弦轮与摩擦轮的一种实施例的结构示意图。弦轮和摩擦轮共同的转轴为主转轴710。弦轮可以绕主转轴710转动；摩擦轮既可以绕主转轴710转动，也可以沿主转轴710而左右滑动，从而接触弦轮或者脱离弦轮。不计主转轴710，在虚线600的右侧，为构成弦轮的各部件，在虚线600的左侧，为构成摩擦轮的各部件。

永磁体810使弦轮具有磁性。永磁体810可以是圆环体形状而套在主转轴710上；永磁体810已被充磁，假定充磁方向为N极指向左侧。弦轮摩擦体820是由摩擦材料制作的；也可以采用圆环体的形状而套装在永磁体810上，并且，其左侧面相比永磁体810的左侧面而略为向右突出。

电磁线圈910使摩擦轮具有的磁性可以调节有无以及调节大小。电磁线圈910可以采取绕线为圆环体形状而套装在主转轴710上；假定通入电流后，电磁线圈910所产生磁场的S极，是指向右侧的，从而与弦轮的永磁体810之间产生相互吸引作用力。摩擦轮摩擦体920是由摩擦材料制作的；可以制作成圆环体的形状而套装在电磁线圈910上，并且，其右侧面相比电磁线圈910的右侧面而略为向左突出。

为电磁线圈910通入电流，则电磁引力驱使摩擦轮滑向弦轮，从而使得弦轮摩擦体820与摩擦轮摩擦体920相接触而产生摩擦力。若需增大这种摩擦力，则增大电磁线圈910所通入电流的大小；若需减小这种摩擦力，则减小电磁线圈910所通入电流的大小；若断开电磁线圈910所通入的电流，则摩擦轮与弦轮之间的接触压力消失，从而二者之间的摩擦力消失。

此外，弦轮中可安装发条弹簧830（发条弹簧又称涡卷弹簧）。发条弹簧830随着弦轮正转而被上紧，从而使得射手释放对弓弦尾端的牵拉后，模拟器能够将被射手拉出的弓弦自动重新卷绕到弦轮上。发条弹簧的力矩是阻碍弦轮正转的；因此，如果安装了发条弹簧，在衡量弦轮与摩擦轮之间摩擦力大小是否合适时，应考虑发条弹簧的影响。

更多的变化可以是：摩擦力计对摩擦轮所受摩擦力的测量，可以改为从相反方向进行压力测量；弦轮转数可以采用霍尔元件等其它方法；摩擦件可以制作成薄片形状而贴覆在弦轮永磁体表面和摩擦轮线圈表面；主控制器采取集中的构成方式，或者采取分散的构成方式而将功能分散到摩擦力计、弦拉长计等单元中；等等。这些变化都可以在本实用新型所描述的技术方案基础上，进行常规的替换与变化而实现。

上述各实施例，只是按照本实用新型的技术方案所进行的具体实施方式；在本实用新型技术方案范围内进行的通常性变化和替换，都应当包含在本实用新型的保护范围内。

本实用新型适用于所有的依据本实用新型的内容而构造的装置与方法，以及不需其它发明性质的能力而可获得的变化形式。因此，本实用新型适用于同这里所描述的原理与特征相一致的最广的范围。

Claims (4)

1.复合弓模拟器，其特征是：

具有供射手握持的弓把、安装在弓把上部的射光器、安装在弓把下部的配重平衡杆、连接在弓把后端的模拟器；

在模拟器中，安装有主转轴、弦轮、摩擦轮、弦拉长计、摩擦力计、主控制器；

主转轴的轴向与射手在开弓时牵拉弓弦的方向相垂直；

在主转轴上，安装有弦轮，弦轮可以绕主转轴而转动；

在主转轴上，安装有摩擦轮，摩擦轮与弦轮并列安装在主转轴上，摩擦轮既可以绕主转轴而转动、又可以沿主转轴的轴向滑动，从而滑向弦轮而与弦轮贴合、以及滑离弦轮而与弦轮分离；

弦轮朝向摩擦轮的一面，具有磁性，该磁性是由弦轮所包含的已充磁的永磁体构件提供的；

摩擦轮朝向弦轮的一面，具有可调节有无与强弱的磁性，该磁性是由摩擦轮所包含的线圈构件提供的，并且，摩擦轮线圈构件磁场与弦轮永磁体构件磁场是磁场方向相异而相互吸引的；

弦轮朝向摩擦轮的一面，具有摩擦材料制作的摩擦件；

摩擦轮朝向弦轮的一面，具有摩擦材料制作的摩擦件，并且，在摩擦轮与弦轮贴合时，二者的摩擦件接触在一起；

通过调节摩擦轮线圈构件电流的有与无，使得摩擦轮与弦轮贴合与脱离，通过调节摩擦轮线圈构件电流的强与弱，使得摩擦轮与弦轮贴合时，二者的摩擦件之间的接触压力变大与变小，从而使得二者之间的摩擦力变大与变小；

开弓过程是射手以一手握持弓把，以另一手将弓弦的尾端从初始位置开始向后牵拉、直至结束牵拉并准备释放的过程；

开弓过程中，弓弦的首端连接在弦轮上，弓弦的尾端暴露在模拟器的外壳之外以供射手向后牵拉，全部的弓弦分为两部分，一部分处于伸展状态，也就是从弓弦尾端到弦轮的部分，另一部分处于卷绕状态，也就是包括弓弦首端在内的、卷绕在弦轮上的弓弦部分；

开弓过程中，随着射手向后牵拉弓弦尾端，弓弦尾端后拉距离增大，从而使得从弓弦尾端到弦轮的距离增大，驱使弦轮通过转动而将卷绕的弓弦放出，称弦轮放出卷绕弦的转动方向为正转，而相反的转动方向为反转；

主控制器具有对外的数据接口和数据存储功能，能够预先设置并存储弓弦尾端后拉距离与弓弦拉力的对应关系；

开弓过程中，弦拉长计测量弦轮的转数，并将测量结果传输给主控制器；

开弓过程中，主控制器根据当前的弦轮转数结果，结合弓弦在弦轮上卷绕的周长，得出当前的弓弦尾端后拉距离，并依据预先设置的弓弦尾端后拉距离与弓弦拉力之间的对应关系，得出当前的弓弦拉力，作为拉力预期值；

开弓过程中，主控制器根据当前的拉力预期值，依据弦轮与摩擦轮的作用关系，计算出摩擦轮上所对应的摩擦力大小，作为阻尼力本值；

开弓过程中，摩擦力计测量当前摩擦轮所受到的实际摩擦力，并将测量结果传递给主控制器；

开弓过程中，主控制器将当前的摩擦轮所受到的实际摩擦力与阻尼力本值进行比对，若实际摩擦力大于阻尼力本值，则减小摩擦轮线圈构件的电流以减小弦轮与摩擦轮二者接触面的压力，若实际摩擦力小于阻尼力本值，则增加摩擦轮线圈构件的电流以增加弦轮与摩擦轮二者接触面的压力，若实际摩擦力等于阻尼力本值，则保持摩擦轮线圈构件的电流不变；

开弓过程中，若弓弦后拉距离已达到最大值，则发出锁止信号，同时，锁止弦轮转动；

开弓过程中，若实际摩擦力消失，则产生击发信号，射光器接收到击发信号后，发出与射手的瞄准线一致的光束；

感光靶记录射光器所发出的光束的照射位置，作为射箭的命中结果。

2.根据权利要求1所述的复合弓模拟器，其特征是：

所述的弦拉长计测量弦轮的转数，是：

弦轮侧面边缘处，沿侧面圆周均匀分布一个以上的通光孔；

弦轮转动中，通光孔通过光电感应器，以光电感应的方式，对弦轮的转数进行计数。

3.根据权利要求1所述的复合弓模拟器，其特征是：

所述的弦轮，包含一个发条弹簧，该发条弹簧随着弦轮正转而被上紧，在射手拉力撤消后，该发条弹簧通过回弹而将弦轮反转。

4.根据权利要求1所述的复合弓模拟器，其特征是：

所述的主控制器具有对外的数据接口，是主控制器具有与手机连接并进行数据交换的接口，从而利用手机软件友好丰富的人机界面。