ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ СЕНСОР СТРЕЛКОВОГО ТРЕНАЖЕРА

Заявленный программируемый оптико-электронный сенсор стрелкового тренажера относится к учебно-тренировочным электронным средствам, предназначенным для обучения и тренировок по стрелковым видам спорта, например, пулевой стрельбе из огнестрельного и пневматического оружия, стрельбе из арбалета и лука, биатлону и т.д.
Так, из уровня техники известен ряд устройств, являющихся стрелковыми тренажерами и/или электронными устройствами, предназначенными для обработки информации, полученной от них.
В патенте РФ № 2640952 раскрывается применение в конструкции сенсора высокоскоростной видеоматрицы и программируемого микроконтроллера, что позволяет увеличить быстродействие и, соответственно, точность при определении координат траектории прицеливания и места пробоины.
Недостатком известного решения является невозможность применения данного электронного тренажёра для анализа действий стрелка, применяющего боеприпасы – данный программно-технический комплекс включает имитаторы оружия.
Наиболее близким решением является оптико-электронное устройство стрелкового тренажера, раскрытое в патенте РФ № 114768, где задача обеспечения удобства пользования стрелковым тренажером с оптико-электронным устройством при одновременном повышении уровня автоматизированного процесса обучения и оценки действий обучаемого решается за счет того, что оптико-электронное устройство для стрелкового тренажера содержит корпус и последовательно установленные в нем линзу и антибликовую диафрагму, оптически связанные со светочувствительной матрицей, размещенной на, или соединенной с печатной платой, на которой также размещены микроконтроллер, электрически связанный со светочувствительной матрицей и микроконтроллером.
В данном устройстве сенсор закрепляется на используемом образце оружия или макете оружия параллельно стволу или линии прицеливания. Тренажер используется с подключенным компьютером, ноутбуком или мобильным устройством. Подключение может производиться через USB-разъем, или по сети Wi-Fi или Bluetooth — через дополнительный адаптер. Внутри объектива установлена составная асферическая ахроматическая линза с просветляющим покрытием. Возможна установка диафрагмы поля зрения, которая используется при повышенной освещенности. Внутри корпуса установлена основная плата, на которой выполнена электрическая схема устройства, а также микрофон, акселерометр, микроконтроллер. На плате установлена светочувствительная матрица, оптически связанная с ахроматической линзой. Объектив соединен с корпусом резьбовым соединением, позволяющим изменять расстояние от линзы до светочувствительной матрицы для установки дистанции до мишени от 2,5 м до 1 км. На печатной плате установлен USB-разъём, к которому может подсоединяться компьютер. Крышка корпуса выполнена из радиопрозрачного материала. Сенсор, совместно с используемым в компьютере или мобильном устройстве ПО, является по сути высокоскоростным интеллектуальным программируемым видеорегистратором, осуществляющим по заданным с компьютера алгоритмам и параметрам первичную обработку полученных с видеоматрицы и других элементов данных и передачу их для дальнейшей интерпретации, отображения, хранения и статистической обработки в управляющий компьютер или мобильное устройство. Основные функции сенсора в составе тренажера: обнаружение и распознавание мишени по заданным параметрам, формирование координат точки прицеливания относительно центра мишени, фиксация момента срабатывания ударно-спускового механизма оружия (выстрела) и передача в онлайн режиме этих данных для дальнейшей обработки в компьютер или мобильное устройство. При работе тренажера дальность от сенсора до мишени ограничена лишь ее угловыми размерами, что позволяет проводить реальную стрельбу по штатным мишеням на дистанции от 2,5 м до 2,5 км.
Недостатком прототипа является невозможность его применения в беспроводном режиме (Wi-Fi) без дополнительного адаптера, недостаточность информации о степени воздействия на спусковой крючок оружия, а также не обеспечена работоспособность используемой в устройстве электроники при использовании тренажера в неблагоприятных условиях, например, высокая влажность, осадки.
Исходя из недостатков, имеющихся в уровне техники разработок в области учебно-тренировочных электронных средств для обучения стрельбе, технической задачей полезной модели являлось повышение качества обучения стрельбе за счёт увеличения точности анализа действий стрелка.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в увеличении быстродействия работы всей системы, а также возможности применения сенсора в неблагоприятных погодных условиях.
Технический результат достигается за счёт того, что программируемый оптико-электронный сенсор для стрелкового тренажера, содержит объектив и корпус с крышкой, внутри корпуса установлена печатная плата, на которой размещена светочувствительная матрица, оптически связанная с асферической ахроматической линзой и антибликовой диафрагмой, на матрице также размещен программируемый микроконтроллер, электрически связанный со светочувствительной матрицей, корпус соединен с объективом посредством резьбового соединения с возможностью изменения расстояния от ахроматической линзы до светочувствительной матрицы, согласно полезной модели, содержит крышку выполненную из радиопрозрачного материала, на плате установлены электрически взаимосвязанные между собой акселерометр, микрофон, USB-разъём, а светочувствительная матрица представляет собой высокоскоростную видеоматрицу, при этом все элементы, размещённые на печатной плате выполнены с возможностью синхронной работы и передачи информации на внешнее устройство.
Электрически взаимосвязанные между собой акселерометр, микрофон и высокоскоростная видеоматрица, размещённые на печатной плате сенсора, позволяют осуществлять обработку информации, за счёт чего обеспечивается быстродействие программируемого оптико-электронного сенсора стрелкового тренажёра. Основные функции сенсора: обнаружение и распознавание мишени по заданным параметрам, формирование координат точки прицеливания относительно центра мишени, фиксация момента срабатывания ударно-спускового механизма оружия (выстрела) и передача в онлайн режиме через Wi-Fi или посредством кабеля через USB-разъём, этих данных в компьютер или мобильное устройство.
Программируемый оптико-электронный сенсор может использоваться как подключенным к компьютеру или мобильному устройству, так и самостоятельно. В данном случае, под мобильным устройством понимается любое внешнее устройство с установленным специализированным программным обеспечением.
Сенсор может подключаться к компьютеру или мобильному устройству с установленным специальным программным обеспечением на расстоянии через USB-разъём, что позволяет тренеру анализировать поведение спортсмена в момент тренировки, причём при подключении к компьютеру осуществляется питание элементов устройства от компьютера, а также зарядка аккумулятора.
Целесообразно, чтобы программируемый оптико-электронный сенсор стрелкового тренажера был сопряжён с датчиком давления на спусковой крючок стрелкового тренажера. Применение высокоскоростной камеры совместно с датчиком давления на спусковой крючок, в качестве внешнего устройства, позволяет обеспечить наиболее оптимальный вариант динамики нажатия на спусковой крючок для конкретного спортсмена, оценить единообразие и стабильность «обработки спуска» как важного элемента производства серии точных выстрелов.
Сенсор, совместно с используемым в компьютере или мобильном устройстве ПО, является по сути высокоскоростным интеллектуальным программируемым видеорегистратором, осуществляющим по заданным с компьютера или мобильного устройства, алгоритмам и параметрам обработку полученных с высокоскоростной видеоматрицы и других элементов данных и передачу их для дальнейшей интерпретации, отображения, хранения и статистической обработки в управляющий компьютер или мобильное устройство.
Аккумулятор позволяет использовать сенсор в режиме работы Wi-Fi – тогда тренер может анализировать поведение спортсмена в процессе стрелковой тренировки. Работа сенсора в режиме Wi-Fi наиболее удобна для осуществления обучения и тренировок по стрелковым видам спорта.
Наличие крышки позволяет использовать программируемый оптико-электронный сенсор в неблагоприятных погодных условиях, а её выполнение из радиопрозрачного материала не препятствует работе Wi-Fi модуля, установленного на печатной плате, что обеспечивает надёжную работу и высокое быстродействие не зависимо от погодных условий.
Заявленная полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена конструкция программируемого оптико-электронный сенсора стрелкового тренажера в изометрии (принято сначала давать изометрию, потом разрезы).
На фиг. 2 представлена конструкция программируемого оптико-электронного сенсора стрелкового тренажера в разрезе;
На фиг. 3 представлена конструкция программируемого оптико-электронного сенсора стрелкового тренажера вид спереди.
Сенсор содержит объектив (1) соединенный с корпусом (4) посредством резьбового соединения, что позволяет достичь оптимального расстояния от тренажера до мишени. Внутри корпуса (4) установлена печатная плата (8), на которой размещена высокоскоростная видеоматрица (10), оптически связанная с асферической ахроматической линзой и антибликовой диафрагмой (2) через фиксатор линзы (11) с крышкой (18). На печатной плате (8) также установлены электрически взаимосвязанные между собой акселерометр, микрофон, USB-разъём (5). Внутри корпуса (4) и крышки (18) устанавливается печатная плата с Wi-Fi модулем (7). На корпусе (4) выполнено крепление (17) типа «ласточкин хвост» 7 мм, предназначенное для установки сенсора на различные виды оружия. Кроме того, на плате (8) расположены органы управления и индикации, под которые в корпусе (4) выполнены отверстия: кнопка включения/выключения питания «POWER» (15), кнопка выбора режима подключения «MODE» (13), многоцветные индикаторы режима работы (16) и режима заряда батареи (14).
С целью оптимального соответствия расстояния выбранной дистанции от сенсора до мишени на объективе установлено кольцо-указатель (12). Для установки дистанции до мишени от 2,5 м до 1 км и более, а на корпусе (4) нанесены соответствующие деления. После установки требуемой дистанции объектив фиксируется стопорным винтом (19).
На печатной плате установлен USB-разъём (5), к которому посредством кабеля может подсоединяться компьютер — для работы с устройством или зарядки аккумулятора (6), или внешние устройства, например, датчик давления на спусковой крючок. Питание элементов устройства осуществляется в режимах работы Wi-Fi от аккумулятора (6), а при работе через USB-разъём - от подключенного компьютера.
Печатная плата (8) обеспечивает синхронную работу и передачи информации на внешние устройства, т.е. исполняет функции механического и электрического соединения электронных элементов сенсора, т.е. обеспечивает их взаимодействие и синхронную работу.
Светочувствительная матрица, представленная высокоскоростной видеоматрицей (10), обеспечивает обработку графической информации, полученной с линзы (2), то есть обеспечивает обнаружение, слежение, классификацию и преобразование объектов в компьютерный код, который может быть обработан микроконтроллером, для дальнейшего воспроизведения с помощью электронных средств и анализа действий тренируемого спортсмена.
Асферическая ахроматическая линза (2) представляет собой сложную линзу, состоящую из двух - собирающей и рассеивающей, склеенных между собой. На внешнюю поверхность линзы (2) нанесено просветляющее покрытие.
Закладная вставка (3) служит для резьбового соединения объектива с корпусом
Уплотнительное кольцо предназначено для фиксации в заданном месте корпуса (4) светочувствительной матрицы, которая является высокоскоростной видеоматрицей.
В начале сеанса работы, микроконтроллер сенсора программируется на необходимый режим работы в зависимости от типа и параметров мишени и стрелкового оружия. При первом прицеливании, наведении оружия на область мишени, сенсор обнаруживает и распознает цель для калибровки выстрела.
Калибровочный выстрел юстирует (совмещает) оптическую ось сенсора и точку прицеливания прицельного приспособления применяемого оружия.
Программируемый оптико-электронный сенсор может использоваться как подключенным к компьютеру или мобильному устройству, так и без подключения к какому-либо внешнему устройству.
Через USB-разъём или в онлайн режиме через Wi-Fi, сенсор подключается к компьютеру или мобильному устройству с установленным специальным программным обеспечением на расстоянии, что позволяет тренеру анализировать поведение спортсмена в момент тренировки, причём при подключении к компьютеру осуществляется питание элементов устройства от компьютера, а также зарядка аккумулятора.
При использовании в качестве внешнего устройства компьютера или мобильного устройства со специальным оборудованием, при производстве пробных и зачетных выстрелов на мишени, выведенной на экране, отображается точка прицеливания и траектория, описываемая этой точкой в процессе прицеливания и производства выстрела. В момент выстрела в месте нахождения точки прицеливания отображается виртуальная пробоина и определяется её достоинство с точностью до 0.1 балла. После выстрела и вывода мишени из поля зрения сенсора траектория автоматически воспроизводится на экране и окрашивается при этом в разные цвета на разных временных интервалах до и после выстрела. При начальных настройках более 1 с - зеленым, от 1 до 0.2 с - желтым, менее 0.2 с - синим и красным цветом - после выстрела. Такое цветовое выделение позволяет точно и оперативно проанализировать действия стрелка на разных этапах производства выстрела. Особенно важно выделение отдельными цветами интервалов траектории непосредственно перед выстрелом, когда помимо устойчивости и правильности прицеливания на результат влияет динамика нажатия на спусковой крючок. Цвет окраски интервалов траектории и их величина также могут устанавливаться в настройках ПО индивидуально. Траектория с пробоиной сохраняется в памяти компьютера, может быть воспроизведена сразу после выстрела или при дальнейшем анализе.
Статистическая обработка, определение и вывод в виде таблиц и графиков разнообразных параметров траектории позволяет анализировать, сопоставлять и совершенствовать основные составляющие успешной стрельбы: устойчивость, обработку спуска, однообразие изготовки и прицеливания как отдельного выстрела, так и серии, оценивать и сравнивать эти показатели на длительном периоде использования тренажера.