一种中空走线式旋转机构及立跪卧一体化轻武器靶机

摘要

一种中空走线式旋转机构及立跪卧一体化轻武器靶机。本发明旋转机构利用中空走线的方式，将线缆沿旋转机构内部孔道布置，利用内置旋转电气接口，对线缆进行了保护直接解决转动过程中线缆缠绕的问题，满足旋转状态下传输信号的需求。本发明的靶机中靶型位于旋转机构上方，其线缆向下延伸接入预处理器，将多路报靶信号进行预处理，经预处理的信号下传输，利用预处理信号的方式减少线缆数量，以解决线缆过多的问题，降低线缆通过旋转机构的难度，同时也降低了导电滑环的成本，并且采用该种结构直接解决靶型切换的难题，以及靶型转动过程中信号线缆缠绕的问题，满足旋转状态下传输信号的需求。

说明书

技术领域

本发明属于射击训练设备技术领域，特别涉及一种中空走线式旋转机构及立跪卧一体化轻武器靶机。

背景技术

一般情况下，普通的走线方式采用点对点直连，即信号源与目标接口通过线缆直接连接，当两者之间存在运动副时，这种方式必然会导致一定风险。例如当上方机构旋转时会带着线缆同步旋转，线缆易缠绕在一起，当旋转角度过大或者旋转次数较多的情况下，线缆容易产生扭断。此外，线缆长期裸露在外部一方面会导致线缆容易老化，另一方面也容易因外部钝物造成线缆断裂，无法有效的保护线缆。

轻武器靶机是士兵训练中的必要工具，主要用于模拟实际战场中的敌人以不同身形(站、跪、卧)情况下的射击训练。现有靶机主要是单一靶型的靶机，即训练时仅能提供站、跪、卧等靶型中的一种，且朝向固定，无法调整。如果需要改变靶型需要工作人员现场更换，效率较低且极为不便。真实场景下的目标是具备敏捷活动特性的有生体，能够实时切换站、跪、卧等不同战斗姿态。现有靶机不能准确反映实际战场下的有生体活动特性，且训练效率低下。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种中空走线式旋转机构。

为此，本发明提供的中空走线式旋转机构包括：

承力轴，该承力轴内开设有第二孔道，该第二孔道贯穿承力轴的轴向两端，同时该承力轴的轴向底部内开设有驱动轴安装孔；

轴承座；

导电滑环；

安装底板，该安装底板内开设有驱动轴安装孔道和第一孔道，所述驱动轴安装孔道轴向贯穿安装底板，同时驱动轴安装孔道与所述第一孔道相通；

所述导电滑环安装于所述驱动轴安装孔道中，所述轴承座底部与所述安装底板轴向顶部固定连接，且轴承座与导电滑环共轴，所述承力轴通过轴承安装于所述轴承座中，且承力轴底部的驱动轴安装孔与导电滑环共轴，同时所述第二孔道与所述驱动轴安装孔道相通。

进一步，还包括电机，该电机固定安装于安装底板底部，且所述电机驱动轴通过驱动轴安装孔道，安装于所述导电滑环和驱动轴安装孔中。

进一步，还包括线缆，该线缆依次穿过第二孔道、驱动轴安装孔道、导线滑环转子、导电滑环定子和第一孔道。

进一步，承力轴的顶端伸出轴承座。

进一步，所述第二孔道包括分别位于承力轴轴向两端的轴向开设孔道和连接两段轴向开设孔道的倾斜孔道，且位于驱动轴安装孔相对端的轴向开设孔道与驱动轴安装孔共轴。

进一步，所述安装底板包括轴承座安装板和电机安装板，所述轴承座安装板和电机安装板上均开设有通孔，且电机安装板上开设有第二孔道，所述轴承座安装板和电机安装板固定组装后两个通孔构成驱动轴安装孔道。

进一步，还包括轴承座端盖，该轴承座端盖固定安装于轴承座顶部，且轴承端盖上开设有通孔。

进一步，所述第一孔道对外接口处安装第一电缆接头，所述第二孔道位于承力轴顶部的对外接口处安装有第二电缆接头。

本发明还提供了一种靶机。为此，本发明所提供的靶机包括上述旋转机构，所述旋转机构中承力轴上端部固定安装有靶臂，靶臂上固定安装有预处理器，所述靶臂上设有至少两个靶杆，且至少两个靶杆围绕所述轴向设置，各靶杆上安装有导电靶板；

所述旋转机构的安装底板底部安装有电机；同时旋转机构下方设有数据中心；

导电靶板采集的信号传输给预处理器，在预处理器中检测到信号后判定相应的命中位置，并通过位于第二孔道、导电滑环和第一孔道内的线缆传输至数据中心，数据中心接收到该结果后存储保存。

可选的，所述靶臂上设有三根靶杆，各靶杆上分别设有头靶、胸靶和全身靶，且头靶、胸靶和全身靶的高度可调。

进一步，所述电机底部安装有编码器。

进一步，还包括凹字型的主体箱和安装于主体箱内的起倒机构和用于驱动起倒机构的液压驱动机构，所述旋转机构安装于起倒机构上。

进一步，所述主箱体内安装有数据中心。

进一步，所述液压驱动机构包括液压单元、液压缸、主驱动轴和从驱动轴，所述主驱动轴上设有曲柄，该曲柄与所述液压缸连接，所述主驱动轴和从驱动轴分别位于凹字型主体箱两个凸出的端部内；所述旋转机构通过左、右侧板分别安装于主驱动轴和从驱动轴上，且位于凹字型主体箱的中间内陷部位；所述主驱动轴与起倒机构连接。

本本发明旋转机构利用中空走线的方式，将线缆沿旋转机构内部孔道布置，利用内置旋转电气接口，对线缆进行了保护直接解决转动过程中线缆缠绕的问题，满足旋转状态下传输信号的需求。此外，通过信号可先经过预处理再经中空结构内的线缆实现旋转机构上、下传输，减少穿过中空结构的线缆数量，使得旋转机构的结构更加紧凑。

现有轻武器靶机主要为单一靶型的靶机，更换靶型时需要手动切换，效率较低，在野外战术作训时靶机分布较广，导致切换靶型十分不便，此外，单一靶型也不符合实际战场情况下战士姿态灵活多变的特点，不足以满足战场对靶标的需求。此外，轻武器靶机一般采用导电靶板报靶的方式，按照靶型要求分为头、躯干、四肢等区域，当子弹穿过靶板对应区域时产生相应的信号，由线缆将信号传输到主控系统，完成对应区域的报靶。这种方式需要通过线缆进行信号传输，在设备外的靶型所延伸的线缆要经过整个运动机构连接到设备主体内部的数据中心内，这就要求线缆的走线方式可靠有效，且不收机构运动的干扰。另外，根据作训要求，不同靶型的靶板分为头、心脏、躯干等若干区域，每一个区域对应一组线缆，三个靶型将产生三束线缆，线缆数量较多，如果采用内部走线的方式将会使得设备变得不够紧凑，增加设备的重量。本发明的立跪卧一体化轻武器靶机中靶型位于旋转机构上方，其线缆向下延伸接入预处理器，将多路报靶信号进行预处理，经预处理的信号向下传输，利用预处理信号的方式减少线缆数量，以解决线缆过多的问题，降低线缆通过旋转机构的难度。，同时也降低了导电滑环的成本，并且采用该种结构直接解决靶型切换的难题，以及靶型转动过程中信号线缆缠绕的问题，满足旋转状态下传输信号的需求。

本发明的立跪卧一体化靶型结构，可根据战术需求，实时对靶标的靶型变更，以完成士兵的姿态切换。采用自动化的方式切换靶型，无需手动，效率更高。将角度传感器与旋转执行机构刚性连接，以全闭环旋转控制结构，实现高精密旋转，完成靶型的准确切换和靶型朝向的准确调整。

本发明起倒驱动装置采用分离式的双轴设计，可以提高设备的整体承载能力，降低负载对电机及编码器的作用，提高寿命和质量。

附图说明

图1为本发明实施例旋转机构的结构示意图；

图2为本发明实施例承力轴的结构示意图；

图3为本发明实施例旋转机构的结构示意图；

图4为本发明实施例靶机内信号传输示意图；

图5为本发明实施例靶臂及靶板结构示意图；

图6为本发明实施例靶臂结构示意图；

图7为本发明实施例靶板类型示意图；

图8为本发明实施例主体箱内纵向剖视图；

图9为本发明实施例主体箱内横向剖视图；

图10为本发明实施例靶机的外观示意图。

具体实施方式

除非有特殊说明，本文中的术语根据相关领域普通技术人员的认识理解。

本文所述轴向、顶部、底部等方向或方位性术语与说明书附图中的相应方向或方位一致，需要说明的是，本领域技术人员在本文公开范围基础上所做的等同旋转、调换等均在本发明的保护范围之内。

实施例1：

参见图1-3所示，本发明的旋转机构包括承力轴122、轴承座121、导电滑环117和安装底板(102和101)，其中：

承力轴内开设有第二孔道131，该第二孔道贯通承力轴的轴向两端，即在承力轴的轴向两端面均设有开口，同时承力轴的轴向一端内开设有驱动轴安装孔；

安装底板内开始有驱动轴安装孔道和第一孔道118，且驱动轴安装孔道轴向贯穿安装底板，即在安装底板轴向两端面设有开口，同时第一孔道对内与驱动轴安装孔道相通，对外设有连接口；

导电滑环安装于驱动轴安装孔道中；轴承座固定安装于安装底板顶部，且轴承座与导电滑环共轴；安装底板底部用于安装电机；承力轴通过轴承123安装于轴承座中，且承力轴内的驱动轴安装孔与导电滑环共轴，同时第二孔道与驱动轴安装孔道相通。

使用场景中或还有些方案中，安装底板底部固定安装有电机103，同时电机的驱动轴通过驱动轴安装孔道穿过导电滑环定子117-2、导电滑环转子117-1、驱动轴安装孔与承力轴连接。具体方案中，导电滑环定子117-2在驱动轴安装孔道中通过螺钉固定连接，导电滑环转子117-1与电机驱动轴105位于导电滑环转子117-1内的径向紧定螺钉固定连接；122承力轴下方通过第二平键124与电机驱动轴105上方连接，两者同步旋转。进一步的方案中，电机103输出部分通过第一平键104与电机驱动轴105连接，并由电机驱动轴105穿过整个电机103，电机驱动轴105上端通过自身轴肩进行轴向约束，电机驱动轴105下端通过止动垫圈106和螺母107进行轴向约束。

本发明的旋转机构适用于需要旋转机构内部走线的装置中，例如需要通过旋转机构内部的线缆实现位于旋转机构上方和下方装置信号的传输，其中上方装置为需要被驱动旋转的装置，下方装置为数据收集装置或控制装置等；所述线缆从旋转机构上方依次穿过第二孔道、驱动轴安装孔道、导线滑环转子、导电滑环定子、第一孔道穿出；电机驱动轴同步带动导电滑环转子旋转，由于电机驱动轴和承力轴同步旋转，所以位于承力轴内第二孔道内的线缆也同步旋转，导电滑环内的转子线缆与定子线缆通过电刷一一导通，而117导电滑环的定子与安装底板固定连接并且相对静止，因此可以实现旋转状态向静止状态的信号传输；所有的线缆均为内部走线，且整体结构采用全密封的方式，对线缆和内部器件进行了保护。

在一些方案中，为满足安装上方装置的需要，承力轴顶端伸出轴承座。

有些优选的方案中，为避免穿线时堵塞、方便穿线，如图2所示，所述第二孔道包括分别位于承力轴轴向两端的轴向开设孔道131-1和连接两段轴向开设孔道的倾斜孔道131-2，且位于驱动轴安装孔相对端的轴向开设孔道与驱动轴安装孔122-1共轴，所述倾斜孔道相对于承力轴轴向倾斜设置，即第二孔道由两端的轴向开孔和中间倾斜孔道组成，这种孔道设置方式，可以避免线缆在穿的过程中在孔道内发生堵塞。

还有些方案中，为方便加工和组装，所述安装底板由旋转底板101和电机安装板102上下组装而成，即旋转底板101下方与电机安装板102的上方固定连接，旋转底板和电机安装板上均开设有通孔组成驱动轴安装孔道，所述第一孔道开设在电机安装板上。进一步的方案中，旋转底板101和电机安装板102之间设有第一O形圈113，电机安装板102和电机103之间设有第二O形圈114，旋转底板101和轴承座121之间设有第四O形圈129，

在上述方案基础上，还有些方案中，为避免杂质进入装置，轴承座顶部安装有轴承座端盖125，该端盖上开设有通孔，用于连接旋转机构上方装置或承力轴穿出该通孔。具体方案中，轴承座121上方与轴承座端盖125固定连接，轴承座端盖125下方凸台与123轴承接触，并将其轴向约束。进一步方案中，轴承座端盖125下方套筒腔内设有骨架油封126，骨架油封126内侧与承力轴122接触并将其密封，防止液体侵入，轴承座端盖125上方套筒腔内设有毛毡127，毛毡127内侧与承力轴122接触并将其密封，防止灰尘侵入，轴承座端盖125上设有毛毡压盖128，毛毡压盖128与轴承座端盖125固定连接，并将毛毡127压紧。进一步方案中，轴承座121与轴承座端盖125之间还设有端盖密封垫130。

进一步的产品中，所述第一孔道的对外接口处安装有第一电缆接头119，所述第二孔口的对外接口处安装有第二电缆接头132。

上述方案中，对于第一孔道加工过程中产生的开口可用防水堵头120堵塞。

实施例2：

该实施例的靶机如图3-5所示，包括实施例1所述旋转机构和靶臂2，同时，承力轴122上方与靶臂2下方的内孔配合，并且两者连接固定且同步旋转；

靶臂2上方平台处固定安装有预处理器3，预处理器3与靶臂2同步旋转，靶臂上设有3个靶杆，各靶杆上安装有导电靶板，每个靶板下方均引出相应的信号线束8，信号线束8的末端与预处理器3连接，将报靶信号输入到预处理器3中，靶臂2旋转过程中，信号线束中间段与2靶臂固定，因此之同步旋转，并完成相应报靶信号的输入；

导电靶板内设有多层铝箔结构，分为基层和部位层，当子弹穿过某一部位时，基层铝箔和部位层铝箔导通，产生一个电流信号，该电流信号经由与命中部位所连接的线缆传输给预处理器，在预处理器中检测到信号后判定相应的命中位置，并通过第二孔道内的线缆，依次经导电滑环定子、转子、第一孔道的内线缆后传输至位于旋转机构下方的数据中心，数据中心接收到该结果后存储保存并传输给上位机。

具体方案中，参见图5和6，预处理器3包括预处理器壳体301，预处理器壳体301内部通过铜柱302安装有预处理器模块303，预处理器壳体301底部开有孔，从第二电缆接头132伸出的线缆穿过靶臂2的内孔和预处理器壳体301底部开孔与预处理器模块303连接，预处理器模块303与航插304和报靶指示灯305连接，信号线束8的末端与预处理器3上的航插304连接，报靶指示灯用于指示预处理器的工作状态，亮灯时说明预处理器正常工作，灭时代表有故障。

进一步的方案中，预处理器壳体301上方与预处理器上盖306固定连接。预处理器壳体301与靶臂2之间设有第五O形圈307，预处理器壳体301与预处理器上盖306之间设有第六O形圈308。

还有些进一步的方案中，靶臂2向上伸出且通过梅花手轮201固定有三根靶杆7，头靶4、胸靶5和全身靶6分别与三根靶杆7固定并成三角形布置，正面朝外，并通过调整靶板高度使得符合训练中立、跪、卧三种姿态的实际情况，靶板之间通过绝缘带绑扎在一起，形成一个虚拟人形立体结构。

如图5和7所示，全身靶6分为五个区域，分别为头部、胸部、心脏、腹部和其他，胸靶5分为3个区域，头靶4仅有一个区域，所有靶板正面背景区域和背面全区域均为迷彩图案或与训练场地相似的背景图案，使得训练状态中对其中一个靶型射击时另外两个隐藏于环境中。当电机103上电以后，在控制信号的作用下，其输出部分带动电机轴105旋转，电机轴带动承力轴122旋转，承力轴带动靶臂旋转，从而实现成三角形布置的头靶、胸靶和全身靶绕轴线旋转，实现靶面的切换运动和靶面朝向的调整。

进一步在该结构中，全身靶6外接6根线，胸靶5外接4根线，头靶4外接2根线，共计12根线，由304航插输入，经过预处理后的数据以RS485协议向下传输，经处理后的信号可以通过2根信号线，2根电源线进行传输，4根线先穿过预处理器壳体301下端的通孔，并经第二电缆接头132进入到第二孔道131，穿过旋转机构主体内部的中空结构，此外，导电滑环117的定子出线和转子出线数量相同，且一一对应，导电滑环117的价格随着线缆数量的增加呈几何增长，因此，信号数量的降低也降低了导电滑环117的选型成本，使得工艺上可行性变高，降低了走线的难度。

还有些方案中，如图3所示，所述电机下方安装有编码器110，电机驱动轴105同步带动编码器110旋转，编码器读取的实时角度位置即为靶面的角度位置，有助于实现对靶面方向的精确控制。进一步，所述编码器可通过编码器转接板108、编码器安装部109安装于电机下方，具体安装示例，电机103下方与编码器转接板108固定连接，转接板108下方与编码器安装板109固定连接，编码器安装板109下方设有编码器110，编码器110输出部分为套筒形状，上面开有U型豁口，电机驱动轴105下方末端的设有螺纹销111，电机轴105下方伸入到编码器的输出套筒内，并将螺纹销111卡入到U型豁口内；

通过旋转105电机轴带动编码器旋转，并将位于编码器110上的紧定螺钉112对准位于编码器安装板109侧面的工艺孔，并通过锁紧工具穿过工艺孔拧紧紧定螺钉112，将电机轴105和编码器110输出部分固定连接，实现电机轴105和编码器110的同步旋转，从而达到对电机轴的旋转角度的检测。

更进一步，电机103和编码器转接板108之间涂有密封胶，编码器转接板108和编码器安装板109之间设有第三O形圈115，编码器安装板109和编码器110之间设有编码器密封垫116。

实施例3：

进一步的方案中，靶机还包括“凹型”主体箱901和安装在主体箱中的起倒机构和液压驱动机构，旋转机构安装于起倒机构上，起倒机构可由液压驱动机构驱动实现整体的起倒动作，具体如CN202011605347.0中公开的起倒机构和液压驱动机构。

还有些方案中，所述液压驱动机构采用分体式驱动轴设计，具体方案如图8和9所示，所述主箱体901的“U”型两侧分别安装有主驱动轴911和从驱动轴918，主箱体901内设有液压单元903，液压单元903连接液压缸905，液压缸905的推杆的前端连接曲柄910，曲柄910的另一端套在主驱动轴911上；主驱动轴一侧设限位机构(即起倒机构中的限位杆位于主驱动轴的端部)，旋转机构与主驱动轴和从驱动轴之间通过法兰连接，旋转机构可在两轴轴线所在平面上进行同向调节，安装时可沿轴的径向微调，使得安装过程中两轴承之间的同轴偏差被抵消。

当液压单元903正向上电时，产生高压油，并顺着油管打入到液压缸905的无杆腔内，液压缸905产生的推力直接推动曲柄910转动，并带动主驱动轴911和从驱动轴918转动，从而带动旋转机构1和靶板向上转动，完成起靶动作；当903液压单元反向上电时，产生高压油，进入到液压缸905的有杆腔内，液压缸905的行程变得缓慢，缓慢推动主驱动轴911和从驱动轴918转动，使得旋转机构1主体缓缓转动，完成倒靶动作。

采用上述分体式驱动轴设计，旋转机构伸出的线缆924均通过第三孔道902(第三孔道由旋转左侧板922上的中心开孔和从驱动轴918端部的中心开孔构成)和第三孔道内的第三电缆接头923进入到主箱体901内，并与数据中心925连接；

采用分体式驱动轴结构对每个轴和轴承来说，均为同心安装，不存在因装配导致的偏置应力，避免了因装配应力对轴承本身产生的单侧磨损，此外，该设计使得中间执行机构下方空余，可将中间执行机构的重心调整与驱动轴轴线更近，减少起靶时受偏心重力的影响。

更具体的方案中，主箱体901内设有液压单元903，并通过液压单元钣金支架904将液压单元903固定在主箱体901上，液压单元钣金支架904为缓冲设计，可以降低液压单元903工作时的振动，液压单元903设有两个油口，一个油口与液压缸905的油口直连，另一个油口经单向节流阀906与液压缸905的另一个油口相连；

液压缸905的缸体的后端经第一螺纹销轴907与液压缸支架908铰接，液压缸905的推杆的前端经第二螺纹销轴909与曲柄910的一端铰接，液压缸支架908的下方与主箱体901固定连接；曲柄910的另一端套在主驱动轴911上，通过螺钉进行紧固；

所述主箱体901的“U”型两侧分别设有主轴承座912和从轴承座913，并通过加强筋对轴承座进行加固，主轴承座912内设有主轴承914，主轴承914为带石墨自润滑的滑动轴承，带翻边法兰，并与主轴承座912台肩接触，主轴承914内设有主驱动轴911，主驱动轴911一端带有法兰，法兰内侧与主轴承914的翻边外侧接触，所述主轴承座912内还设有第一油封915，第一油封915内侧与主驱动轴911接触将其密封，主驱动轴911设套有第一挡圈916，与主轴承座912轴向接触，并通过紧定螺钉将主驱动轴911和916第一挡圈紧固，将其轴向约束；

与上述结构类似，从轴承座913内设有从轴承917，从轴承917为带石墨自润滑的滑动轴承，带翻边法兰，从轴承917内设从驱动轴918，从驱动轴918一端带法兰，法兰中间开孔，所述从轴承座913内还设有第二油封919，第二油封919内侧与从驱动轴918接触将其密封，从驱动轴918设套有第二挡圈920，与从轴承座913轴向接触，并通过紧定螺钉将从驱动轴918和第二挡圈920紧固，将其轴向约束；

所述主驱动轴911端部法兰与旋转右侧板921法兰连接，两者连接时法兰轴线可沿径向微微调整，所述从驱动轴918端部法兰与旋转左侧板922法兰连接，两者连接时法兰轴线可沿径向微微调整，旋转左侧板922法兰中心开孔。旋转右侧板921和旋转左侧板922上方设有旋转机构主体1，旋转机构主体1的旋转机构线缆924可穿过第三电缆接头923、旋转左侧板922法兰中心孔和从驱动轴918法兰中心孔进入到设备主体内。

如图9所示，当液压单元903正向上电时，产生高压油，并顺着油管打入到液压缸905的无杆腔内，此时回油油路上的单向节流阀906处于单向阀状态，回油油路导通，液压缸905产生的推力直接推动曲柄910转动，并带动主驱动轴911和从驱动轴918转动，从而带动旋转机构1和靶板向上转动，完成起靶动作；当液压单元903反向上电时，产生高压油，经单向节流阀906进入到液压缸905的有杆腔内，此时单向节流阀906处于节流阀状态，由于单向节流阀906的节流阻尼作用，使得液压缸905的行程变得缓慢，缓慢推动主驱动轴911和从驱动轴918转动，使得旋转机构1主体缓缓转动，完成倒靶动作。由于单向节流阀906的作用，使得倒靶动作变得稳定。

在上述方案基础上，如图10所示，靶机9上设置有包括用于给整个设备供电的电池10、防弹钢板11、定位天线12和通信天线13。