PL234505B1 - Układ i sposób wykrywania pozycji spustu w replikach broni - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ i sposób wykrywania pozycji spustu w replikach broni, zwłaszcza ASG.

Air Soft Gun (ASG) to zazwyczaj wierne kopie oryginalnej broni palnej wykonane w skali 1:1, które wystrzeliwują kulki przy użyciu sprężonego powietrza lub gazu. Broń ASG wykorzystywana jest do rozgrywek airsoftowych, treningów, symulacji militarnych i wojskowych, a jej użytkownicy zwracają uwagę nie tylko na wierne odwzorowanie wyglądu zewnętrznego, ale oczekują również by działała w sposób najlepiej imitujący działanie prawdziwej broni palnej. Air Electric Gun (AEG) to odmiana replik ASG, w których silnik elektryczny, za pośrednictwem przekładni zębatej, ściska sprężynę. W fabrycznych modelach replik AEG, sterowanie silnikiem odbywa się poprzez zwarcie styków zamykających obwód zasilania w momencie naciśnięcia spustu, który jest elementem mechanicznym składającym się z jednej lub dwóch części, które ze sobą współpracują. W replikach AEG ruch spustu wywołuje bezpośredni nacisk na listwę kostki stykowej, a następnie przesuwająca się listwa powoduje zwarcie styków w kostce stykowej i zamknięcie obwodu zasilania silnika. High-Pressure Air Gun (HPA) to odmiana replik ASG napędzanych sprężonym powietrzem. W replikach HPA, ruch spustu odbywa się w sposób analogiczny, z tą różnicą, że nacisk wywierany jest na mikroprzełącznik elektroniczny, zwany microswitch'em. Naciśnięcie spustu uruchamia elektrozawór, który dostarcza odpowiednią dawkę sprężonego powietrza do komory.

Z opisu patentowego US7089697 znany jest sposób zapobiegania odbiciom spustu podczas wystrzeliwania pocisków przez wyrzutnię pocisków, w szczególności marker paintballowy. Sposób bazuje na wykrywaniu położenia zamontowanego ruchomo na ramce markera spustu, między pozycjami pełnego wciśnięcia oraz pełnego rozluźnienia. W tylnej części u dołu spustu zamontowany jest kolec, który w trakcie pociągnięcia za spust chowa się do szczeliny w rękojeści markera. Wykrywanie położenia spustu jest możliwe dzięki wykorzystaniu czujnika analogowego, w szczególności analogowego czujnika optycznego. Czujnik, składający się z części emitującej światło oraz części światłoczułej, zamontowany jest w szczelinie rękojeści. W trakcie pociągnięcia za spust, chowający się w szczelinie kolec zaburza odbieranie przez część światłoczułą wysyłanego przez emiter światła. Próg odczytu zaburzenia światła dla rozpoznania wciśniętego spustu ustawiany jest zazwyczaj w przedziale 40-80%. W przypadku odczytu światła na poziomie 100% system uznaje, że spust jest ustawiony w pozycji wyjściowej.

Z opisu patentowego US2016/0054082 znany jest mechanizm spustu oraz sposób detekcji aktualnego stanu mechanizmu spustu broni palnej za pomocą czujników optycznych, służący jako mechanizm zabezpieczający broń palną. Sposób bazuje na wykorzystywaniu wielu czujników optycznych. Czujniki umiejscowione są po dwóch stronach elementów składowych mechanizmu spustu, takich jak spust czy bezpiecznik. Aby obwód działał prawidłowo, musi składać się z przynajmniej dwóch czujników. Czujniki składają się z emitujących światło diod elektroluminescencyjnych i odbierających impuls świetlny fototranzystorów. Pozostając w swoim pierwotnym położeniu, ruchome elementy mechanizmu spustu blokują przepływ światła pomiędzy niektórymi diodami elektroluminescencyjnymi a fototranzystorami, pozwalając na przepływ światła w pozostałych czujnikach. Po zmianie położenia następuje odwrócenie tego stanu. Czujniki optyczne są skonfigurowane na wykrywanie zmian w natężeniu odbieranego sygnału świetlnego. Informacja przekazywana jest do głównego kontrolera, który na jej podstawie określa położenie ruchomych elementów mechanizmu.

Z opisu patentowego US2006/042616 znane jest wykorzystanie przewodów światłowodowych w markerach paintballowych. Przewody wykorzystywane są do połączenia składowych części czujników optycznych, w celu przeniesienia foto rezystorów do kolby dla lepszego wyważenia markera oraz ograniczenia wpływu warunków zewnętrznych na fotorezystory. Do wykrywania pozycji spustu stosowany jest czujnik składający się ze źródła światła oraz fotorezystora. Światło wysyłane ze źródła umiejscowionego w kolbie markera transportowane jest poprzez przewód światłowodowy do komory spustu. Po przeciwnej stronie ujścia światłowodu znajduje się otwór wlotowy drugiego światłowodu, podpiętego do czujnika światła. Wykrycie położenia spustu polega na analizie zaburzenia natężenia światła wysyłanego poprzez światłowody do czujnika światła, wynikającej z przecinania linii światła przez spust w trakcie ruchu.

W fabrycznych modelach replik AEG sterowanie silnikiem odbywa się poprzez zwarcie styków zamykających obwód zasilania w momencie naciśnięcia spustu. Spust jest elementem mechanicznym składającym się w zależności od typu repliki 2 jednej lub dwóch części, które ze sobą współpracują. Na rysunkach Fig. 1, Fig. 2 i Fig. 3 pokazano przykładowe rozwiązania stosowane w replikach AEG, gdzie

PL 234 505 B1 ruch spustu (1) wywołuje bezpośredni nacisk na listwę kostki stykowej (3), a następnie przesuwająca się listwa powoduje zwarcie styków (4) w kostce stykowej (2) i zamknięcie obwodu zasilania silnika.

W replikach HPA, których przykład został zilustrowany rysunkiem Fig. 4 ruch spustu odbywa się w sposób analogiczny, z tą różnicą, że nacisk wywierany jest na mikroprzełącznik elektroniczny, zwany microswitch'em (2). Naciśnięcie spustu (1) uruchamia elektrozawór, który dostarcza odpowiednią dawkę sprężonego powietrza do komory.

Działanie spustu w znanych replikach AEG i HPA obarczone jest kilkoma zasadniczymi wadami takimi jak: brak możliwości skonfigurowania czułości spustu indywidualnie do potrzeb użytkownika, wypalanie styków w kostce stykowej replik AEG pod wpływem prądu płynącego w obwodzie i spowodowane tym wadliwe działanie broni, mała odporność mikroprzełączników na uszkodzenia mechaniczne i ograniczona ilość cykli zwarcia i rozwarcia styków.

Istota rozwiązania według pierwszego wynalazku polega na tym, że układ wyposażony jest w czujnik zbudowany z co najmniej jednego źródła światła i co najmniej jednego detektora przetwarzającego sygnał świetlny na sygnał elektryczny, przy czym źródło światła D1 i odbiornik światła Q1 umieszczone są na płytce drukowanej w taki sposób, że są odchylone od pionowych osi poprowadzonych zasadniczo prostopadle do górnej krawędzi cylindra o kąt z przedziału 0-90°, a ich powierzchnie aktywne skierowane są w stronę spustu repliki. Źródło światła D1 podłączone jest do pinu mikrokontrolera. Odbiornik światła Q1 podłączony jest do analogowego pinu mikrokontrolera wyposażonego w przetwornik analogowo-cyfrowy lub do przetwornika analogowo-cyfrowego U1, który sprzężony jest z mikrokontrolerem.

Korzystnie źródłem światła D1 jest dioda elektroluminescencyjna i/lub dioda laserowa.

Korzystnie odbiornikiem światła Q1 jest fototranzystor i/lub fotodioda i/lub fotorezystor i/lub detektor CCD.

Istota rozwiązania według drugiego wynalazku polega na tym, że steruje się źródłem światła D1 w taki sposób by w stałych, regularnych odstępach czasu emitował światło przez stały przedział czasowy. Odbitą od powierzchni spustu repliki wiązkę światła kieruje się w stronę odbiornika Q1, który przetwarza na prąd elektryczny naprzemiennie natężenie światła odbitego i natężenie światła dochodzącego do odbiornika Q1 z otoczenia repliki lub natężenie tylko światła dochodzącego do odbiornika Q1 z otoczenia repliki. Prąd elektryczny przepływa przez rezystor R2, wywołując spadek napięcia na jego końcówkach. W przetworniku analogowo-cyfrowym przetwarza się napięcie rezystora R2 na postać cyfrową, a jego wartość zapisuje się w buforze przechowującym grupę kilku ostatnich wyników. Po zakończeniu każdego stałego interwału czasowego, dane dotyczące spadku napięcia analizuje się w mikrokontrolerze i przelicza się za pomocą algorytmu rozpoznawania naciśnięcia spustu:

r_pr[1] = pr [1] - pr [0] r_pr[2] = pr [1] - pr [2] r_pr[3] = pr [3] - pr [2] r_pr[4] = pr [3] - pr [4], przy czym pr [0], pr [2] i pr [4] stanowią wartość natężenia tylko światła dochodzącego z otoczenia repliki, a pr [1] i pr [3] stanowią sumę natężenia światła wyemitowanego przez źródło światła D1 i odbitego następnie od powierzchni spustu repliki oraz natężenia światła dochodzącego z otoczenia repliki, wyliczając wartości różnic dla odpowiednich próbek i otrzymując wartość natężenia wyłącznie światła emitowanego przez źródło światła D1. Jeśli choć jedna z czterech różnic próbek r_pr jest mniejsza od progu zdefiniowanego uprzednio przez użytkownika repliki w procesie kalibracji, traktuje się stan taki jako spust puszczony. Proces kalibracji przeprowadza się za pomocą aplikacji dedykowanych dla różnych urządzeń stacjonarnych i przenośnych, a w jego trakcie określa się poziom natężenia światła dochodzącego do odbiornika Q1 przy puszczonym spuście i przy wciśniętym spuście oraz przy spuście wciśniętym do pozycji aktywującej silnik. Jeśli każda różnica próbek r_pr jest równa lub większa od progu zdefiniowanego przez użytkownika, traktuje się stan taki jako wciśnięcie spustu i uruchamia proces wystrzelenia pocisku.

Korzystnie źródłem światła D1 jest dioda elektroluminescencyjna i/lub dioda laserowa.

Korzystnie odbiornikiem światła Q1 jest fototranzystor i/lub fotodioda i/lub fotorezystor i/lub detektor CCD.

Korzystnie proces kalibracji przeprowadza się za pomocą aplikacji dedykowanych dla różnych urządzeń stacjonarnych i przenośnych, a w jego trakcie określa się poziom natężenia światła dochodzącego do odbiornika Q1 przy puszczonym spuście i przy wciśniętym spuście.

PL 234 505 B1

Zasadniczą zaletą wynalazków opisanych powyżej jest fakt użycia takich czujników, które nie ulegają zniszczeniu poprzez zwykłą eksploatację, są bezawaryjne i bezobsługowe. Czujniki podłączone są do wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego, którego wynik przetwarzania analizowany jest przez mikrokontroler, co daje możliwość precyzyjnej analizy otrzymanego sygnału i dokładnego ustalenia w jakim położeniu znajduje się spust repliki. Dzięki miniaturowym wymiarom można w zależności od potrzeb zastosować zarówno większą niż jeden liczbę źródeł i odbiorników światła, a co za tym idzie, jeszcze precyzyjniej kontrolować pozycję spustu. Ponadto algorytm sterowania i analizy sygnału docierającego do czujników, uodparnia je na wpływ oświetlenia zewnętrznego, a fotoelementy elektroniczne ze względu na swoją budowę są odporne na szeroki zakres temperatur, wilgoć, wibracje, udary i zakłócenia elektromagnetyczne. Użytkownik repliki poprzez możliwość kalibracji ustawień może dostosować i zoptymalizować pracę repliki do swoich potrzeb.

Przedmiot wynalazku zilustrowany jest rysunkiem, gdzie Fig. 5 stanowi, schemat wnętrza repliki, a Fig. 6 fragment tego wnętrza w powiększeniu, natomiast Fig. 7 przedstawia schemat elektroniczny odbiciowego czujnika optycznego, w którym mikrokontroler jest wyposażony w przetwornik analogowocyfrowy, Fig. 8 przedstawia schemat elektroniczny odbiciowego czujnika optycznego, w którym mikrokontroler jest sprzężony z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, Fig. 9 stanowi wykres wartości napięć w funkcji czasu z pięciu ostatnich pomiarów dla zwolnionego spustu, Fig. 10 - wykres wartości różnic pomiarów sygnałów widocznych na Fig. 9, Fig. 11 - wykres wartości pięciu kolejnych pomiarów dla wciśniętego spustu, Fig. 12 - wykres wartości różnic próbek r_pr sygnału z Fig. 11.

Układ wyposażony jest w czujnik zbudowany z jednego źródła światła, którym jest dioda elektroluminescencyjna lub dioda laserowa i jednego detektora przetwarzającego sygnał świetlny na sygnał elektryczny, którym jest fototranzystor lub fotodioda lub fotorezystor lub detektor CCD, przy czym nadajnik 5 i odbiornik światła 6 umieszczone są na płytce drukowanej 7 w taki sposób, że są odchylone od pionowych osi poprowadzonych zasadniczo prostopadle do górnej krawędzi cylindra o kąt o wartości 27°, a ich powierzchnie aktywne skierowane są w stronę spustu 1 repliki. Nadajnik D1 5 podłączony jest do pinu mikrokontrolera. Odbiornik światła Q1 6 podłączony jest do analogowego pinu mikrokontrolera wyposażonego w przetwornik analogowo-cyfrowy jak to zostało pokazane na rysunku Fig. 8 lub do przetwornika analogowo-cyfrowego, który sprzężony jest z mikrokontrolerem tak jak to pokazano na rysunku Fig. 9.

Źródłem światła D1 5 jest dioda elektroluminescencyjna lub dioda laserowa. Mikrokontroler steruje źródłem D1 światła 5 co 500 us w następujący sposób: przez 500 us źródło światła D1 5 świeci a przez kolejne 500 us źródło światła D1 5 jest zgaszone. Cykl ten powtarza się, a światło emitowane przez źródło światła D1 5 odbija się od ruchomej części spustu 1. W zależności od stopnia wciśnięcia spustu 1, odbiornik Q1 6 jest oświetlony słabiej lub mocniej światłem odbitym od ruchomej powierzchni spustu 1. Odbiornik Q1 6 przetwarza natężenie światła na prąd elektryczny, a ten przepływając przez rezystor R2, wywołuje spadek napięcia na jego końcówkach. Przetwornik analogowo-cyfrowy przetwarza to napięcie na postać cyfrową. Próbki pobierane są co 500 us. Dokładnie 100 us po pobraniu próbki, zmieniany jest stan źródła światła D1 5. Każda próbka napięcia w postaci cyfrowej zapisywana jest do bufora, który zawiera 5 ostatnio odczytanych próbek. Po każdej zmianie stanu źródła światła, mikrokontroler analizuje dane zapisane w buforze.

Próbki: pr[0], pr[2] oraz pr[4] odczytane są wtedy, gdy źródło światła D1 5 jest wyłączone i odzwierciedlają wartość natężenia tylko światła otoczenia padającego na odbiornik Q1 6. Próbki: pr[1 ] oraz pr[3] odczytane są wtedy, gdy źródło światła D1 5 jest włączone i odzwierciedlają wartość natężenia sumy światła otoczenia i światła emitowanego przez źródło światła D1 5. Dane przeliczane są za pomocą algorytmu:

r_pr[1] = pr [1] - pr [0] r_pr[2] = pr [1] - pr [2] r_pr[3] = pr [3] - pr [2] r_pr[4] = pr [3] - pr [4], po czym otrzymuje się wartości różnic dla odpowiednich próbek i otrzymując wartość natężenia wyłącznie światła emitowanego przez źródło światła D1 5. Jeśli choć jedna z czterech różnic próbek r_pr jest mniejsza od progu zdefiniowanego uprzednio przez użytkownika repliki w procesie kalibracji, traktuje się stan taki jako spust puszczony. Jeśli każda różnica próbek r_pr jest równa lub większa od progu zdefiniowanego przez użytkownika, traktuje się stan taki jako wciśnięcie spustu 1 i uruchamia proces

PL 234 505 B1 wystrzelenia pocisku. Kalibrację polegającą na tym, że określa się poziom natężenia światła dochodzącego do odbiornika Q1 6 przy puszczonym spuście 1 i przy wciśniętym spuście 1, prowadzi się za pomocą aplikacji dedykowanych dla różnych urządzeń stacjonarnych i przenośnych. Odbiornikiem światła Q1 6 jest fototranzystor lub fotodioda lub fotorezystor lub detektor CCD.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ wykrywania pozycji spustu w replikach broni, znamienny tym, że wyposażony jest w czujnik zbudowany z co najmniej jednego źródła światła D1 i co najmniej jednego odbiornika Q1 przetwarzającego sygnał świetlny na sygnał elektryczny, przy czym źródło światła D1 (5) i odbiornik Q1 (6) światła umieszczone są na płytce drukowanej (7) w taki sposób, że są odchylone od pionowych osi poprowadzonych zasadniczo prostopadle do górnej powierzchni krawędzi cylindra o kąt z przedziału 0-90°, a ich powierzchnie aktywne skierowane są w stronę spustu (1) repliki, przy czym źródło światła D1 (5) podłączone jest do pinu mikrokontrolera, a odbiornik Q1 (6) podłączony jest do analogowego pinu mikrokontrolera, wyposażonego w przetwornik analogowo-cyfrowy lub do przetwornika analogowo-cyfrowego, który sprzężony jest z mikrokontrolerem.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że źródłem światła D1 (5) jest dioda elektroluminescencyjna i/lub dioda laserowa.
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że odbiornikiem Q1 (6) światła jest fototranzystor i/lub fotodioda i/lub fotorezystor i/lub detektor CCD.
4. 4. Sposób wykrywania pozycji spustu w replikach broni, znamienny tym, że steruje się źródłem światła D1 (5) w taki sposób by w stałych, regularnych odstępach czasu emitował światło przez słały przedział czasowy, natomiast odbitą od powierzchni spustu (1) repliki wiązkę światła kieruje się w stronę odbiornika Q1 (6), który przetwarza na prąd elektryczny naprzemiennie natężenie światła odbitego i natężenie światła dochodzącego do odbiornika Q1 (6) z otoczenia repliki lub natężenie tylko światła dochodzącego do odbiornika Q1 (6) z otoczenia repliki, prąd elektryczny przepływa przez rezystor R2, wywołując napięcie na jego końcówkach, podczas gdy w przetworniku analogowo-cyfrowym przetwarza się napięcie rezystora R2 na sygnał cyfrowy, a jego wartość zapisuje się w buforze przechowującym grupę kilku ostatnich wyników, a po zakończeniu każdego stałego interwału czasowego, dane dotyczące napięcia analizuje się w mikrokontrolerze i przelicza się za pomocą algorytmu rozpoznawania naciśnięcia spustu:

   r_pr[1] = pr [1] - pr [0] r_pr[2] = pr [1] - pr [2] r_pr(3] = pr [3] - pr [2] r_pr[4] = pr [3] - pr [4], przy czym pr [0], pr [2] i pr [4] stanowią wartość natężenia tylko światła dochodzącego z otoczenia repliki, a pr [1] i pr [3] stanowią sumę natężenia światła wyemitowanego przez źródło światła D1 (5) i odbitego następnie od powierzchni spustu (1) repliki oraz natężenia światła dochodzącego z otoczenia repliki, wyliczając wartości różnic dla odpowiednich próbek i otrzymując wartość natężenia wyłącznie światła emitowanego przez źródło światła D1; jeśli choć jedna z czterech różnic próbek r_pr jest mniejsza od progu zdefiniowanego uprzednio przez użytkownika repliki w procesie kalibracji, traktuje się stan taki jako spust (1) puszczony, natomiast jeśli każda różnica próbek r_pr jest równa lub większa od progu zdefiniowanego przez użytkownika, traktuje się stan taki jako wciśnięcie spustu (1) i uruchamia proces wystrzelenia pocisku.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że źródłem światła D1 (5) jest dioda elektroluminescencyjna i/lub dioda laserowa.
6. 6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że odbiornikiem światła Q1 (6) jest fototranzystor i/lub fotodioda i/lub fotorezystor i/lub detektor CCD.
7. 7. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że proces kalibracji przeprowadza się za pomocą aplikacji dedykowanych dla różnych urządzeń stacjonarnych i przenośnych, a w jego trakcie określa się poziom natężenia światła dochodzącego do odbiornika Q1 (6) przy puszczonym spuście (1) i przy wciśniętym spuście (1).