CN210512849U - 一种用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪 - Google Patents

Abstract

一种用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪，包括：模拟枪体，以及位于模拟枪体上的扳机、保险、弹夹、枪栓、枪械位置跟踪器、战术行动控制器、枪械姿态跟踪器、战术行为选择键盘和无线数据发送模块；在自动步枪的前方的上部具有模拟武器控制盒，模拟武器控制盒内集成有数据采集模块、无线数据发送模块和枪械姿态跟踪器；自动步枪还进行了左手持枪设计和右手持枪设计。本实用新型模拟逼真、功能完备、适用广泛、设计创新性强，实现了诸多扩展功能，包括左手持枪功能、右手持枪功能、战术行动控制功能、战术行为选择功能、枪械姿态跟踪功能、枪械位置跟踪功能、模拟武器与背负式计算机绑定功能等。

Description

一种用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪

技术领域

本实用新型涉及军事训练领域，具体的，涉及一种用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪，该设备在背负式计算机、虚拟现实眼镜、位置和姿态传感器、空间定位设备等的支持和配合下，可用于常规作战、特种作战、反恐作战、维和作战等不同作战类型的单兵战术训练和分队协同训练，为受训实兵以“人在回路”方式在虚拟作战空间中对抗演练各类作战行动提供虚拟现实武器设备支撑。

背景技术

军事训练及演习是提高单兵素质以及整体军事合作能力的重要途径，随着虚拟现实技术的发展，以虚拟现实手段给受训士兵提供军事训练场景，成为一种成本低、场景转换速度快、训练科目丰富的重要形式。

通过虚拟现实方式进行军事训练，需要配合计算机设备，同时连接以虚拟现实训练设备对受训实兵进行相关业务的操作训练和流程训练。而现有技术中，军用实兵虚拟现实训练设备中缺乏模拟武器设备，或模拟武器设备存在功能单一、性能较差、适用性弱等缺点。

因此，如何设计一种用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪，成为现有技术亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种模拟逼真、功能齐全、性能优越、适用广泛的，用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪设备，以受训实兵背负的背负式计算机作为模拟95式自动步枪设备的上位机，负责运行虚拟现实训练客户端软件，生成相应的三维虚拟战场视景和音效；同时与模拟95式自动步枪设备进行单向无线通信，接收并处理模拟步枪设备发送的传感信息和控制信息，基于这些信息对虚拟视景和音效进行相应调整和更改。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪，其特征在于：

该自动步枪包括：模拟枪体，以及位于模拟枪体上的扳机、保险、弹夹、枪栓、枪械位置跟踪器、战术行动控制器、枪械姿态跟踪器、战术行为选择键盘和无线数据发送模块；

所述保险，具有三个不同的档位，分别发送保险关闭、单发、连发的不同的保险状态信号；

所述扳机，具有保险关闭、单发和连发三个不同的档位，当保险开关拨动至单发或连发时，扣动扳机，则发送相应的扣动扳机信号；

所述弹夹，能够被更换，当卸下弹夹或者装上弹夹时，会发送不同的状态信号；

所述枪栓，用于被拉动时发送拉动枪栓信号；

所述枪械位置跟踪器，用于检测枪械的空间位置信息；

所述战术行动控制器，用于受训实兵控制其在虚拟战场中的运动方向和运动速度；

所述枪械姿态跟踪器，用于跟踪枪体的操控姿态信息；

所述战术行为选择键盘，用于选择受训实兵不同的作战行为；

所述无线数据发送模块，用于将收到所述自动步枪的各种信号向虚拟现实训练主机传递。

可选的，在所述自动步枪的前方的上部具有模拟武器控制盒，无线数据发送模块和枪械姿态跟踪器集成在所述模拟武器控制盒内，此外在所述模拟武器控制盒内还集成有数据采集模块；

所述数据采集模块用于采集所述模拟95式自动步枪的各个部件发出的传感信息和操作控制信息，并通过所述无线数据发送模块进行传递。

可选的，在所述自动步枪还具有电池保护电路和电池，所述电池放置在自动步枪的握柄中。

可选的，在所述模拟武器控制盒的上部还具有指示灯、左右手持枪切换键和开关机按键；

其中，所述开关机按键拨至“开机”侧，则接通电源；

所述指示灯包括电源指示灯和连接状态指示灯，分别指示是否接通电源，和模拟武器是否成功连接对应的背负式计算机；

左右手持枪切换键，用于选择所述模拟95式自动步枪的持枪方式。

可选的，所述枪械姿态跟踪器采用9轴三自由度嵌入式模块，用来跟踪枪体的操控姿态信息。

可选的，所述战术行动控制器采用摇杆作为控制器，控制其在虚拟战场中的运动方向和运动速度；

所述战术行动控制器有两个，分别位于所述模拟武器控制盒下方的枪体左右两侧；

可选的，所述枪械位置跟踪器采用光敏传感器，设置在模拟95式自动步枪提手的上方。

可选的，所述模拟95式自动步枪的枪体上还贴有数字标贴。

可选的，所述战术行为选择键盘用按键形式选择登机、登车、索降、换武器的作战行为，所述战术行为选择键盘有两个，分别位于所述模拟武器控制盒下方的枪体左右两侧。

可选的，所述模拟95式自动步枪设备进行了左手持枪设计和右手持枪设计，左手持枪时，通过左右手持枪切换键使得右侧的战术行动控制器和左侧的战术行为选择键盘启用；右手持枪时，通过左右手持枪切换键使得左侧的战术行动控制器和右侧的战术行为选择键盘启用。

综上所述，模拟95式自动步枪设备模拟逼真、功能完备、适用广泛、设计创新性强。本实用新型运用单片机应用开发、位置和姿态捕捉等技术，模拟实现了九五式自动步枪的保险开关/单发/连发、击发开关(扳机)、更换弹夹、拉动枪栓等基本功能，在此基础上还设计实现了诸多扩展功能，包括左手持枪功能、右手持枪功能、战术行动控制功能、战术行为选择功能、枪械姿态跟踪功能、枪械位置跟踪功能、模拟武器与背负式计算机绑定功能等。

模拟95式自动步枪基本功能的设计和实现，确保了与实装武器在操作和功能上的一致性；而扩展功能的设计和实现，进一步增强了模拟步枪训练的真实性、适应性和便捷性，从硬件设备层面上能够支撑更加丰富的战术训练内容，和更加广阔的训练地域范围。

受训实兵对模拟95式自动步枪的操作，不管是基本功能还是扩展功能，模拟步枪均会向上位机(虚拟现实训练主机)即背负式计算机发送相应的传感信号和操作信号，背负式计算机根据传感信号和操作信号做出对应的判断和处理。由于模拟95式自动步枪与背负式计算机之间通过无线方式通信，不存在有线线缆连接；同时，模拟步枪的外观、质感、重量、功能等与实装武器几乎完全一致，因此能够极大增强受训实兵的作战训练效果。

附图说明

图1是根据本实用新型的用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪的模块框架图；

图2是根据本实用新型的用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪的外观图；

图3是根据本实用新型的用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪的开关以及指示灯视图；

图4是根据本实用新型的用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪的前部视图；

图5是根据本实用新型的用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪的扳机的视图；

图6是根据本实用新型的用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪的枪械位置跟踪器的视图；

图7是根据本实用新型的用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪的枪栓的视图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

100、模拟枪体；1、扳机；2、保险；3、弹夹；4、枪栓；5、枪械位置跟踪器；6、战术行动控制器；7、枪械姿态跟踪器；8、战术行为选择键盘；9、无线数据发送模块；10、电池保护电路；11、电池；12、数据采集模块；13、模拟武器控制盒；14、指示灯；15、左右手持枪切换键；16、开关机按键。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

本实用新型公开了一种用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪设备。该设备的外观、质感、总重量、基本功能等与95式自动步枪实装基本一致，在背负式计算机、虚拟现实眼镜、位置和姿态传感器、空间定位设备等的支持和配合下，可用于常规作战、特种作战、反恐作战、维和作战等不同作战类型的单兵战术训练和分队协同训练，为受训实兵以“人在回路”方式在虚拟作战空间中对抗演练各类作战行动提供虚拟现实武器设备支撑。通过该设备，能够感知识别受训实兵的枪械操控行为；为实兵提供作战行动操作设备，使受训实兵在室内灵活控制其在虚拟战场空间中的战术行动，让实兵获得作战行动上的沉浸式体验。

进一步的，该设备由95式自动步枪模型枪械加装模拟武器控制盒、战术行动控制器、战术行为选择键盘、枪械位置跟踪器、电池、电池保护电路等组成，模拟武器控制盒包括数据采集模块、无线数据发送模块、枪械姿态跟踪器。枪械姿态跟踪器跟踪受训实兵的枪械操控指向；枪械位置跟踪器跟踪枪械的空间位置；战术行动控制器用于控制实兵在虚拟战场中的运动方向和速度；战术行为选择键盘为实兵选择登机、登车、索降、换武器等作战、行为提供输入设备；数据采集模块负责采集枪械姿态跟踪器、枪械位置跟踪器的枪械姿态信息、枪械位置信息，受训实兵更换弹夹、切换保险、扣动扳机、拉动枪栓所产生的操作信息，以及受训实兵通过战术行动控制器、战术行为选择键盘输入的战术行动信息和战术行为信息，并将这些信息发送到无线数据发送模块，由无线数据发送模块单向发送给背负式计算机的无线数据收发模块。

由受训实兵背负的背负式计算机作为模拟95式自动步枪设备的上位机，负责运行虚拟现实训练客户端软件，生成相应的三维虚拟战场视景和音效；同时与模拟95式自动步枪设备进行单向无线通信，接收并处理模拟步枪设备发送的传感信息和控制信息，基于这些信息对虚拟视景和音效进行相应调整和更改。

具体的，参见图1-图7，示出了根据本实用新型的用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪的功能模块以及相应的各个位置的视图。

该自动步枪具体包括：模拟枪体100，以及位于模拟枪体上的扳机1、保险2、弹夹3、枪栓4、枪械位置跟踪器5、战术行动控制器6、枪械姿态跟踪器7、战术行为选择键盘8、无线数据发送模块9；

所述保险2，具有三个不同的档位，分别发送保险关闭、单发、连发的不同的保险状态信号；

例如，保险开关可以分别指向0、1或2，将保险开关指向0、1或者2，会分别发送保险关闭、单发、连发等不同的保险状态信号。

所述扳机1，具有保险关闭、单发和连发三个不同的档位，当保险开关拨动至单发或连发时，扣动扳机，则发送相应的扣动扳机信号。

所述弹夹3，能够被更换，当卸下弹夹或者装上弹夹时，会发送不同的状态信号；

所述枪栓4，能够被拉动，当被拉动时，能够发送拉动枪栓信号；

所述枪械位置跟踪器5，用于检测枪械的空间位置信息；

所述战术行动控制器6，用于受训实兵控制其在虚拟战场中的运动方向和运动速度；

所述枪械姿态跟踪器7，用于跟踪枪体的操控姿态信息；

所述战术行为选择键盘8，用于选择受训实兵不同的作战行为；

所述无线数据发送模块9，用于将收到的各种信号向虚拟现实训练主机传递，例如背负式计算机。

所述模拟95式自动步枪设备的外观、质感、总重量、基本功能等与95式自动步枪实装基本一致。

模拟95式自动步枪设备重量为3.3Kg(±0.01Kg),实装重量为3.25Kg。

在所述自动步枪的前方的上部具有模拟武器控制盒13，无线数据发送模块和枪械姿态跟踪器集成在所述模拟武器控制盒内，此外在所述模拟武器控制盒内还集成有数据采集模块12。

数据采集模块12用于采集所述模拟95式自动步枪的各个部件发出的传感信息和操作控制信息，并通过无线数据发送模块进行传递。

无线数据发送模块9，负责将所述数据采集模块采集到的传感信息和操作控制信息，单向发送给上位机的无线数据收发模块。

进一步的，所述自动步枪还具有电池保护电路10、和电池11，在一个可选的实施例中，电池11可以放置在自动步枪的握柄中。电池可以采用锂电池供电。

在所述模拟武器控制盒13的上部还具有指示灯14、左右手持枪切换键15、和开关机按键16。

其中，所述开关机按键16拨至“开机”侧，控制接通电源；

指示灯14包括电源指示灯和连接状态指示灯，分别指示是否接通电源，和模拟武器是否成功连接对应的背负式计算机。

模拟95式自动步枪设备进行了左手持枪和右手持枪设计。若右手持枪时，将左右手持枪切换键拨至左侧，对应多功能控制的左侧摇杆和右侧按键启用；若左手持枪时，将左右手持枪切换键拨至右侧，对应多功能控制的右侧摇杆和左侧按键启用。

对于模拟武器控制盒13，内部含有两个PCB，其中主控制器主要用于数据采集，另外一个为枪械姿态跟踪器，MCU型号为STM32F103RBT6，两块PCB采用串口进行通信。

枪械姿态跟踪器7选用9轴三自由度嵌入式模块，获取枪体的姿态数据。数据采集模块由单片机完成，将采集到的传感器数据、操作控制数据打包，通过串行口送到无线数据发送模块，上位机应用程序通过数据通信接口的无线数据收发模块接收数据。

战术行动控制器6用于受训实兵控制其在虚拟战场中的运动方向和速度，如图4所示，战术行动控制器6采用摇杆作为控制器，控制其在虚拟战场中的运动方向和运动速度。所述战术行动控制器有两个，分别位于所述模拟武器控制盒13下方的枪体左右两侧。

摇杆向前轻推1次并抵住，向前走动；向后轻推1次并抵住，向后走动；向上轻推1次并抵住，向右走动；向下轻推1次并抵住，向左走动。摇杆向前快速轻推2次并抵住，仿真实兵向前跑动。

战术行为选择键盘8，可以按键形式选择登机、登车、索降、换武器的作战行为，所述战术行为选择键盘有两个，分别位于所述模拟武器控制盒下方的枪体左右两侧。

可选的，模拟95式自动步枪设备前端，位于控制盒下方的两侧各有1个摇杆和4个按键，按键即为战术行为选择键盘，如图4所示。按键上的标识为“←”、“↑”、“↓”、“→”，离摇杆最近的为“←”按键，离摇杆最远的为“→”按键。当左右手持枪切换键拨向“左”时，使用左侧的摇杆和右侧按键进行控制；左右手持枪切换键拨向“右”时，使用右侧的摇杆和左侧按键进行控制。左右两侧的摇杆和按键不能同时有效，长按“←”键10秒，可进行校准，其他三个按键可在软件中自定义。

所述模拟95式自动步枪设备进行了左手持枪设计和右手持枪设计。左手持枪时，所述右侧战术行动控制器和左侧战术行为选择键盘启用；右手持枪时，所述左侧战术行动控制器和右侧战术行为选择键盘启用。

模拟95式自动步枪设备的枪械姿态跟踪器集成在控制中心板上，选用9轴三自由度嵌入式模块，采用四元数解算数据，其接口支持USB、串口和SPI，更新速率最大200Hz。

枪械姿态跟踪器的坐标采用XYZ轴坐标系。

XYZ的取值范围如下：

(1)Y轴(偏航)(逆y，顺时针为正)

Z轴正方向—X轴正方向—Z轴负方向(0，90，180)，

Z轴正方向—X轴负方向—Z轴负方向(0，-90，-180)。

(2)X轴(俯仰)(逆x，顺时针为负)

Y轴正方向—Z轴正方向—Y轴负方向(90，0，-90)。

(3)Z轴(滚转)(逆z，顺时针为正)

X轴正方向—Y轴正方向—X轴负方向(0，90，180)，

X轴正方向—Y轴负方向—X轴负方向(0，-90，-180)。

枪械姿态跟踪器7安装在模拟95式自动步枪里，固定时要遵循：若枪头朝正北，跟踪器的体坐标系Z轴朝北，X轴朝东，Y轴延垂线方向指向天。

枪械位置跟踪器5采用光敏传感器制作，安装在模拟95式自动步枪提手的上方，如图6所示。在进行实兵虚拟现实训练过程中，对模拟95式自动步枪跟踪定位的原理如下：整个空间定位系统依靠激光和光敏传感器来确定运动物体的位置，在高度3-4米的空间水平区域对称安装四个红外激光发射器，即“光塔”，每个光塔每秒能发出6次激光束，内有两个扫描模块，分别在水平和垂直方向轮流对定位空间发射激光束进行扫描。枪械位置跟踪器中安装有光敏传感器，其通过计算接收激光的时间来得到传感器位置相对于激光发射器的准确位置，利用枪械位置跟踪器里不同位置的多个光敏传感器，从而得出模拟95式自动步枪在空间的位置及方向。

当受训实兵佩戴虚拟现实眼镜时，在空间定位系统的配合下，外加枪械姿态跟踪器的辅助，可对受训实兵头部位置和朝向，以及模拟95式自动步枪枪体的位置、朝向、姿态进行跟踪定位，从而能够根据实兵头部和枪体的位置关系、姿态关系，确定受训实兵的战术行为和战术动作，在虚拟场景中更加精细化地展现实兵瞄准、射击等情景。

对于所述弹夹，将弹夹装入弹夹仓，模拟95式自动步枪设备会向上位机发送状态“1”，当弹夹取出时，模拟步枪设备会向上位机发送状态“0”。

对于所述枪栓，朝模拟95式自动步枪设备的枪托方向拉动枪栓，模拟步枪设备会向上位机发送拉动枪栓信号，见图7所示。

模拟95式自动步枪设备使用锂电池供电，根据锂电池特性设计保护电路。

模拟95式自动步枪枪体上还贴有数字标贴，数字标贴与具有相同数字的背负式计算机进行唯一绑定。

综上所述，模拟95式自动步枪设备模拟逼真、功能完备、适用广泛、设计创新性强。本实用新型运用单片机应用开发、位置和姿态捕捉等技术，模拟实现了九五式自动步枪的保险开关/单发/连发、击发开关(扳机)、更换弹夹、拉动枪栓等基本功能，在此基础上还设计实现了诸多扩展功能，包括左手持枪功能、右手持枪功能、战术行动控制功能、战术行为选择功能、枪械姿态跟踪功能、枪械位置跟踪功能、模拟武器与背负式计算机绑定功能等。

模拟95式自动步枪基本功能的设计和实现，确保了与实装武器在操作和功能上的一致性；而扩展功能的设计和实现，进一步增强了模拟步枪训练的真实性、适应性和便捷性，从硬件设备层面上能够支撑更加丰富的战术训练内容，和更加广阔的训练地域范围。

受训实兵对模拟95式自动步枪的操作，不管是基本功能还是扩展功能，模拟步枪均会向上位机即背负式计算机发送相应的传感信号和操作信号，背负式计算机根据传感信号和操作信号做出对应的判断和处理。由于模拟95式自动步枪与背负式计算机之间通过无线方式通信，不存在有线线缆连接；同时，模拟步枪的外观、质感、重量、功能等与实装武器几乎完全一致，因此能够极大增强受训实兵的作战训练效果。

显然，本领域技术人员应该明白，上述的本实用新型的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上,可选地，它们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本实用新型不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (10)

1.一种用于实兵虚拟现实训练的模拟95式自动步枪，其特征在于：

该自动步枪包括：模拟枪体，以及位于模拟枪体上的扳机、保险、弹夹、枪栓、枪械位置跟踪器、战术行动控制器、枪械姿态跟踪器、战术行为选择键盘和无线数据发送模块；

所述保险，具有三个不同的档位，分别发送保险关闭、单发、连发的不同的保险状态信号；

所述扳机，具有保险关闭、单发和连发三个不同的档位，当保险开关拨动至单发或连发时，扣动扳机，则发送相应的扣动扳机信号；

所述弹夹，能够被更换，当卸下弹夹或者装上弹夹时，会发送不同的状态信号；

所述枪栓，用于被拉动时发送拉动枪栓信号；

所述枪械位置跟踪器，用于检测枪械的空间位置信息；

所述战术行动控制器，用于受训实兵控制其在虚拟战场中的运动方向和运动速度；

所述枪械姿态跟踪器，用于跟踪枪体的操控姿态信息；

所述战术行为选择键盘，用于选择受训实兵不同的作战行为；

所述无线数据发送模块，用于将收到所述自动步枪的各种信号向虚拟现实训练主机传递。

2.根据权利要求1所述的模拟95式自动步枪，其特征在于：

在所述自动步枪的前方的上部具有模拟武器控制盒，所述无线数据发送模块和所述枪械姿态跟踪器集成在所述模拟武器控制盒内，此外在所述模拟武器控制盒内还集成有数据采集模块；

所述数据采集模块用于采集所述模拟95式自动步枪的各个部件发出的传感信息和操作控制信息，并通过所述无线数据发送模块进行传递。

3.根据权利要求1所述的模拟95式自动步枪，其特征在于：

在所述自动步枪还具有电池保护电路和电池，所述电池放置在自动步枪的握柄中。

4.根据权利要求2所述的模拟95式自动步枪，其特征在于：

在所述模拟武器控制盒的上部还具有指示灯、左右手持枪切换键、和开关机按键；

其中，所述开关机按键拨至“开机”侧，则接通电源；

所述指示灯包括电源指示灯和连接状态指示灯，分别指示是否接通电源，和模拟武器是否成功连接对应的虚拟现实训练主机；

左右手持枪切换键，用于选择所述模拟95式自动步枪的持枪方式。

5.根据权利要求1所述的模拟95式自动步枪，其特征在于：

所述枪械姿态跟踪器采用9轴三自由度嵌入式模块，用来跟踪枪体的操控姿态信息。

6.根据权利要求4所述的模拟95式自动步枪，其特征在于：

所述战术行动控制器采用摇杆作为控制器，控制其在虚拟战场中的运动方向和运动速度；

所述战术行动控制器有两个，分别位于所述模拟武器控制盒下方的枪体左右两侧。

7.根据权利要求1所述的模拟95式自动步枪，其特征在于：

所述枪械位置跟踪器采用光敏传感器，设置在模拟95式自动步枪提手的上方。

8.根据权利要求1所述的模拟95式自动步枪，其特征在于：

所述模拟95式自动步枪的枪体上还贴有数字标贴。

9.根据权利要求6所述的模拟95式自动步枪，其特征在于：

所述战术行为选择键盘用按键形式选择登机、登车、索降、换武器的作战行为，所述战术行为选择键盘有两个，分别位于所述模拟武器控制盒下方的枪体左右两侧。

10.根据权利要求9所述的模拟95式自动步枪，其特征在于：

所述模拟95式自动步枪设备进行了左手持枪设计和右手持枪设计，左手持枪时，通过所述左右手持枪切换键使得右侧的战术行动控制器和左侧的战术行为选择键盘启用；右手持枪时，通过所述左右手持枪切换键使得左侧的战术行动控制器和右侧的战术行为选择键盘启用。

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