CN201267713Y - 一种枪型多功能游戏输入手柄 - Google Patents

Abstract

一种枪型多功能游戏输入手柄，该手柄可用于个人计算机(PC)和家庭视频游戏机(如PS2、XBOX360等)和大型虚拟机的游戏输入，其主要适用的游戏类型为第一人称射击游戏，如《反恐精英》等。该手柄具有一个一比一比例的枪型外壳，在外壳设有若干个功能按钮和防真枪操作的防真弹匣、拉机柄等部件。该手柄能控制游戏中的虚拟人物的行动和虚拟枪的瞄准、射击等动作。该手柄在外形结构和使用操作上都类似真实枪械的操作，可以满足第一人称射击游戏在游戏输入方面的特殊要求，提高游戏操作的真实性，并还可用于部队的实战模拟训练。

Description

一种枪型多功能游戏输入手柄

技术领域

本实用新型是一种多轴输入装置，属于计算机控制及机游戏控制输入技术领域，具体涉及一种枪型输入手柄。

背景技术

随着电子虚拟技术的不断发展，电子游戏设备也需要不断的更新。新的游戏类型的出现往往需要新的游戏输入设备来满足输入方的不同需求。例如，赛车类型的游戏的出现后就诞生了方向盘式的输入设备，有的还不但有方向盘，还有脚踏板、变速手档等样式的输入手柄设备；飞行模拟类型游戏的出现也随后诞生了飞行摇杆式的输入手柄。现如今有一种新的游戏类型——第一人称射击游戏出现，第一人称射击游戏主要是模拟枪械射击的一种游戏类型。这种类型代表的游戏有：《反恐精英》、《使命召唤》等。对于这种类型的游戏，传统的输入设备是鼠标结合键盘或游戏手柄来实现输入操作的，用鼠标移动来控制游戏中虚拟人物持枪时的瞄准移动，包括左右移动和上下移动，键盘用来实现游戏中虚拟人物自身的行动(前进、后退、左移、右移)、跳跃、下蹲、更换游戏中的虚拟枪等操作。

对于现有的游戏输入设备，由于外形上的相似，为了避免混淆，在这有必要提到市面上早已成熟的产品——光电枪。光电枪主要用于家庭相视频射击游戏和大型游艺机射击游戏，其功能是确定瞄准点在电视机(或显示器)屏幕上的二维坐标。根据坐标获取的原理来区分，主要可分为(1)刷屏方块式(2)刷屏扫描式和(3)光点跟踪式三种。刷屏方块式光电枪在游戏者扣动扳机时产生一个脉冲信号，游戏主机在接收到该信号后将下一帧画面刷黑，只在游戏角色处显示白色方块，这时如果光电枪瞄准了游戏中的目标，则该方块发出的白光进入光电枪内，使光电枪内的光电二极管输出信号，否则没有信号，游戏主机据此可以得知游戏者是否瞄准了游戏中的目标。

目前，计算机游戏以及电子游戏使用的控制手柄，主要类型是以控制者双手平持控制手柄为主。控制手柄结构通常由控制手柄外壳，内装电路板、开关等，外壳设有按键、方向摇杆等构成。然而，这种控制手柄针对射击类游戏，尤其是如《反恐精英》这一类的第一人称射击类游戏来说有一些缺点就是：操作控制手柄时不能很好的模拟出游戏中枪械的操作感和射击感，不能让操作者更好的置身于游戏中。刷屏扫描式光电枪也在游戏者扣动扳机时产生一个脉冲信号，游戏主机在该信号保持有效的时间内持续显示白屏，由于电视机和显示器是通过扫描的方式显示图的，因此当扫描到光电枪所瞄准的屏幕位置时，光电枪内的光电二极管将受到最强的光照，从而产生脉冲输出，通过比较该脉冲信号发生的时间和视频同步信号的时间就可以得知光电枪所瞄准的屏幕位置。光点跟踪式光电枪内带有一个摄像头，并在电视机(或显示器)屏幕周围设置若干光源，这些光源在摄像头上成像，根据光源成像的位置可以计算出该光电枪相对屏幕的位置和朝向，并由此确定瞄准点的坐标。

由上可知，光电枪只能确定瞄准点在屏幕上的二维坐标，不能产生第一人称射击游戏所需要的左右移动量和上下转动量，更无法使游戏者像操作真实枪械那样真实地更换弹匣，上膛和射击。

市面上是也有一些枪型的控制器产品，但此类产品只是针对需要光线枪游戏的控制器，此类产品也只有一个枪型的外壳，并只把开火键设置在枪的扳机上，但却无法地很好使操作者控制游戏中的人物的运动以及不能很好的模拟出游戏中枪械的操作感和射击感。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供一种枪型游戏输入手柄，该手柄具有类似真枪的外形，游戏者可通过该手柄进行游戏操作以及和完成如更换弹匣等和使用真实枪械时一样的操作动作。

本实用新型具有枪型外壳以及设置于该外壳上的功能按钮和方向操控摇杆，其结构特点在于还包固定于外壳内的光电发射器和防真枪操作的机电联动装置，视角移动控制滚球单元、音效喇叭单元以及用于与运行游戏程序的游戏主机进行通讯的接口；所述功能按钮用于实现游戏中虚拟人物的操作，如开火、跳跃、下蹲、使用游戏中虚拟物品等，所述方向操控摇杆用于控制实现游戏中虚拟人物的行动，这些按钮和摇杆的外形结构和分布位置可以根据操作需要做具体设计；所述光电发射器，是用来定位本手柄的移动从而达到本手柄上的照门、准星、和屏幕中的虚拟目标三点成一线，以便于游戏瞄准，原理和上述市面上的光电枪原理相同(三种原理都可)。由于该手柄的左右移动和上下移动能够引起上述移动，因此光电发射器发射的信号也能够反映该手柄所发生的左右移动和上下移动，该信号可用于控制游戏中虚拟枪的的移动；所述防真枪操作的机电联动装置是让游戏者在本手柄上能实现在真实枪械上的一些真实操作为目的设计的。如让游戏者要让游戏中持枪的虚拟人物更换弹匣时，游戏者则要在本手柄上进行和在真实枪械更换弹匣同的操作，步骤如下：1.游戏者按下本手柄上与真实枪械在同一位置上的弹匣释放钮；2.把本在手柄上的防真A弹匣取下；3.把防真B弹匣填装本手柄上与真实枪械在同一位置上的弹匣仓；4.拉动本手柄上与真实枪械在同一位置上的拉机柄，完成上膛。每完成一个步骤，本手柄都自动判断操作是否成功，不成功将无法使游戏中的虚拟枪开火。所述视角移动控制滚球单元是用于游戏者实现控制游戏中虚拟人物观察视角移动，作用类似传统用鼠标加键盘进行第一人称游戏时鼠标移动时的作用。但功能上又与鼠标不同，传统用鼠标加键盘操作进行第一人称游戏时鼠标移动同样是控制虚拟人物观察视角移动，如控制游戏中虚拟人物向上看，向下看，向左看，向右看。但传统用鼠标加键盘进行第一人称游戏时，要瞄准游戏中的虚拟目标，必须通过鼠标的移动控制，把游戏中的虚拟目标纳入到游戏中虚拟人物观察视角的中心点上才能达成游戏中虚拟枪的照门、准星、和屏幕中的虚拟目标三点成一线，成功地瞄准。也就是说传统用鼠标加键盘进行第一人称游戏时虚拟人物观察视角和虚拟枪的移动这两步是合二为一的。但本手柄有实体枪可以控制游戏中虚拟枪的移动，并不和游戏中虚拟人物观察视角的移动为同一步骤，而是独立进行。所以视角移动控制滚球单元只是控制游戏中虚拟人物观察视角移动，哪怕游戏中的虚拟目标不在观察视角的中心点上，游戏者只要使本手柄上的照门、准星、和游戏中的虚拟目标三点成一线也可以成功地瞄准游戏中的虚拟目标。视角移动控制滚球单元原理与市面上机械鼠标类似，在一个凹槽内放置一滚球，与滚球接触的有两根转轴，滚球在滚动时会带动一对转轴转动(分别为X转轴、Y转轴)，在转轴的末端都有一个圆形的译码轮，译码轮上附有金属导电片与电刷直接接触。当转轴转动时，这些金属导电片与电刷就会依次接触，出现“接通”或“断开”两种形态，前者对应二进制数“1”、后者对应二进制数“0”。接下来，这些二进制信号被送交鼠标内部的专用芯片作解析处理并产生对应的坐标变化信号。只要小球滚动就会带动转轴转动，进而使译码轮的通断情况发生变化，产生一组组不同的坐标偏移量，反应游戏主机中，就产生了观察视角移动的效果。

音效喇叭单元用于播放游戏中的游戏音效，比如枪声、***声、脚步声等。

所述光电发射器的信号、按钮的输出信号、防真枪操作的机电联动装置、视角移动控制滚球单元和音效喇叭单元产生或接受的信号经通讯接口以有线方式或无线方式传递。

本实用新型的目的在于提供一种多功能的枪型控制手柄，以克服现有产品的上述缺陷，以达到使操作者能更好地控制游戏中的人物的运动以及更逼真地模拟出游戏中枪械的操作感和射击感。

根据上述方案：

所述按钮包括开火按钮、方向操控摇杆和若干个功能按钮，方向操控摇杆位于枪式外壳的护木上方能对应左手拇指自然触控的位置，用于游戏中虚拟人物前后左右四个方向的移动操作，开火按钮的外形结构为类似扳机的外形结构或操作类似扳机的外形结构，该按钮设置于合适的位置，使得游戏者能够以类似操作真实枪械扳机的方式操作它，开火按钮可用于游戏中虚拟枪的开火操作。若干个功能按钮为方便与游戏者操作和游戏软件的要求设置于枪式外壳上合适的位置，使得游戏者能够方便地对游戏软件中要求的操作作出操作，若干个功能按钮可用于游戏中虚拟人物下蹲，跳跃等操作。

所述防真枪操作的机电联动装置包括防真弹匣和防真拉机柄，防真弹匣的外形结构为类似弹匣的外形结构或操作方式类似弹匣的外形结构，该防真弹匣设置于合适的位置，使得游戏者能够以类似操作真实枪械上弹匣的方式操作它，防真弹匣可用于游戏中虚拟枪添装子弹，更换弹匣的操作。防真拉机柄的外形结构为类似拉机柄的外形结构或操作方式类似拉机柄的外形结构，该防真拉机柄设置于合适的位置，使得游戏者能够以类似操作真实枪械上拉机柄的方式操作它，防真拉机柄可用于游戏中虚拟***上膛的操作。

所述游戏主机为PC机或家庭视频游戏机或大型游艺机或任何已知的能够运第一人称射击游戏的手柄，所述通讯方式为USB或任何已知的可用于该输入手柄的通讯方式。

本实用新型使用方法如下：

将本实用新型的讯号连接线(或无线讯号接受器)通过接口连接到PC机或游戏主机上并将其启动，打开屏幕(或显示器)。

进入游戏后，游戏者屏幕(或显示器)正前方在双手按持枪状手持该手柄，当游戏者需要瞄准屏幕(或显示器)中的虚拟目标时，根据光电枪原理，游戏者只需操作移动本手柄使本手柄上的照门、准心、屏幕中的虚拟目标三点成一线即可成功瞄准屏幕(或显示器)中的虚拟目标。当游戏者瞄准虚拟目标后，需要对瞄准虚拟开火时，只需用方便操作的手指扣动本手柄上的扳机，游戏中的虚拟枪也同时开火。当游戏者需移动游戏中虚拟人物的视角时，根据机械鼠标原理，游戏者只需用方便操作的手指拨动本手柄枪握把上的视角移动控制滚球，使其滚动便可移动游戏中虚拟人物的视角；游戏者使视角移动控制滚球向上滚动，游戏中虚拟人物的视角则向上移动；使视角移动控制滚球向下滚动，游戏中虚拟人物的视角则向下移动；使视角移动控制滚球向左滚动，游戏中虚拟人物的视角则向左移动；使视角移动控制滚球向右滚动，游戏中虚拟人物的视角则向右移动。

当游戏中虚拟枪上弹匣的子弹打完或要更换虚拟枪上弹匣时，游戏者需取下本手柄上的防真弹匣，再另一个不同类型的防真弹匣填装到本手柄上，再拉到本手柄上的防真拉机柄完成上膛操作，游戏中的虚拟枪也相应的完成了弹匣填装和上膛的操作。

当游戏者要完成游戏中虚拟人物的一些动作时，比如：移动、跑步、跳跃等，可操作或按下本手柄上的对应该动作的移动遥杆或功能按键。

本实用新型的枪式输入手柄为第一人称射击游戏提供了一种新颖的、真实的、自然的操纵方式，可提高游戏的可操作性和游戏真实感。

附图说明：

图1为本实用新型主视结构示意图

图2为本实用新型后侧结构示意图

图3为本实用新型内部结构示意图

图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10为本实用新型防真弹匣原理示意图

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施。

首先，如图1、2所示，在本实施例中，本实用新型的基本结构为步枪形，从外形看，其具有步枪形外壳1，扳机16用于游戏中虚拟枪的开火操作，操作时，游戏者的右手食指(左撇子相反，以下类同)置于扳机16位置，通过扣动扳机16来实现游戏中虚拟枪的开火操作；方向操控摇杆2控制虚拟人物的前、后、左、右方向的移动，方向操控摇杆2位于枪左侧护木的上方，由左手拇指来操作；功能按钮4设置在枪左护木上方方向操控摇杆后，由左手拇指来操作，对应游戏中虚拟人物跑、走切换操作；功能按钮5设置在枪左护木上方功能按钮4后，由左手拇指来操作，对应游戏中虚拟人物使用物品操作；功能按钮3设置在枪护木下方，由左手来操作，对应游戏中虚拟人物战术手电筒的开关操作；功能按钮6设置在枪护木上方，由左手食指来操作，对应游戏中虚拟人物的跳跃操作；滚轮11的原理和鼠标滚轮一样，位于枪右侧护木对应左手食指的位置，由左手食指来操作，用于实现游戏中的换枪操作或其他操作；功能按钮12设置在枪右侧护木对应左手中指的位置，由左手中指来操作，用于切换上次使用的武器的操作；功能按钮13设置在枪右侧护木对应左手无名指的位置，由左手无名指来操作，游戏者可通过程序设置使它对应游戏中其他操作；视角移动控制滚球单元7设置在枪握把左侧对应右手拇指的位置，由右手拇指来操作，用于控制游戏虚拟人物视角移动的操作；功能按钮8设置在枪握把对应右手中指的位置，由右手中指来操作用于控制游戏虚拟人物下蹲操作；防真拉机柄20置于与真实枪械上拉机柄所在的同一位置，由右手操作，用于实现游戏中虚拟枪上膛操作；弹匣释放按钮15置于真实枪械上弹匣释放按钮所在的同一位置，由右手食指来操作，用于实现游戏中虚拟枪上的弹匣释放和本手柄上防真弹匣的释放操作；防真弹匣14置于真实枪械上弹匣所在的同一位置，由右手更换操作，用于实现游戏中虚拟枪上更换弹匣的操作；音效喇叭单元9设置在枪托前部，用于播放游戏中的游戏音效，比如枪声、***声、脚步声等；功能按钮10设置在枪托后上部，由游戏者右脸颊下压操作，用于实现游戏中虚拟枪进入狙击镜瞄准视野的操作；震动力反馈板21设置在枪托尾部，用于模拟真实枪械射击时的震动感、后坐力；准星18置于真实枪械上准星所在的同一位置；照门19置于真实枪械上照门所在的同一位置；准星18与照门19用于游戏者瞄准屏幕(显示器)上游戏中虚拟目标；枪口17置于真实枪械上枪口所在的同一位置，用于游戏者指向游戏中虚拟目标并且接受与发射讯号操作；

对于该手柄的内部结构，如图3所示，该手柄内部则设置有光电二极管22、光电讯号控制电路板23、弹匣判断触点开关24、扳机键触点开关25、扳机饺轴26、扳机复位弹簧28、滚球X转轴，Y转轴27、防真拉机柄触点开关29、总控制电路板30、音效喇叭31、振动电机32、振动传感轴33、控制模块34。其中光电讯号控制电路板23控制光电讯号以及方向操控摇杆2、功能按钮3、功能按钮4、功能按钮5功能按钮6、功能按钮10、滚轮11、功能按钮12、功能按钮13的触发电路，光电讯号控制电路板23通过导线与总控制电路板30连接。总控制电路板30通过固定在枪形壳内，控制模块34设置于总控制电路板30上。扳机16通过扳机饺轴26的转动与扳机键触点开关25接触进行触发，再通过扳机复位弹簧28的拉力进行复位。

如图6所示，弹匣判断触点开关24与防真弹匣14为弹匣判断***，弹匣判断触点开关24通过与防真弹匣14接触进行触发判断。如图4、图5、图8所示，弹匣判断原理是：防真弹匣14本身有两种，一种A弹匣，一种是B弹匣，在A、B弹匣顶部上都有一颗假枪弹35，A弹匣与B弹匣唯一不同之处在于，A弹匣上的假枪弹35在弹匣顶部的左侧，B弹匣上的假枪弹35在弹匣顶部的右侧；如图9、图10所示，弹匣判断触点开关24也由两个弹匣判断触点组成，一个弹匣判断触点在左侧，一个弹匣判断触点在右侧。如图7所示，当A弹匣与B弹匣中的任何一个弹匣与弹匣判断触点开关24接触时，弹匣判断触点开关24只会只有一个弹匣判断触点被闭合后触发，然后把讯号传给总控制电路板30，***就可根据是哪边的弹匣判断触点被闭合来判断是A弹匣被填装还是B弹匣被填装。本手柄上的一个防真弹匣表示在游戏中虚拟枪上的弹匣，当游戏中虚拟枪上的弹匣打空后，游戏者需要把原在本手柄上的防真弹匣取下，填装上另一个防真弹匣***才会判断填装成功。判断弹匣的原则是填装的防真弹匣不可以是取下防真弹匣的同一类型的弹匣，否则***判断填装无效。换句话说，填装的规则是打完A弹匣后必须填装B弹匣，然后打完B弹匣再判填装A弹匣，如此反复。判断哪个弹匣被填装目的是为了让游戏者在游戏中的虚拟枪打完一个弹匣后再填装另一个满弹匣的操作与现实中在本手柄上的操作上一致，不至于游戏者取下一个防真弹匣马上又填装回去，快速更换弹匣也是游戏的一种乐趣所在，当然，不喜欢这种设置的游戏者也可以选择不采用这种方式游戏。防真拉机柄触点开关29与防真拉机柄20为上膛判断***，防真拉机柄触点开关29通过与防真拉机柄20接触进行触发判断。上膛判断的原理是：当游戏者在游戏中的虚拟枪打完一个弹匣，完成更换弹匣的操作并通过弹匣判断后，游戏者在游戏中的虚拟枪想要再次发射弹药，必须把防真拉机柄20向后拉到顶点后松开手，这时因为防真拉机柄20中的复进簧的力量，防真拉机柄20向拉动的反方向弹回复位并与防真拉机柄触点开关29接触完成上膛判断。上膛判断目的是为了让游戏者在进行游戏时能体验到与真实枪械一样的操作。因为在操作真实枪械也有更换弹匣后不用拉动拉机柄便可发射枪膛中弹药的情况，这是因为更换弹匣时弹匣中的弹药并没有打完，当更换弹匣时枪膛中还有一发或者一发以上的弹药，这时就可以不用拉动拉机柄便可发射弹药。游戏者在游戏中也会出现这样的情况，当在游戏中出现这样的情况时，游戏在更换弹匣后可以不用拉动防真拉机柄20便可发射枪膛中弹药。若在这种情况时游戏者拉动了防真拉机柄20，完成了上膛判断，同样根据真实枪械作操和机械原理，这时虚拟枪膛中的一发弹药被拉出，减少一发弹药。

音效喇叭31与总控制电路板30通过导线连接，由总控制电路板30控制音效喇叭31播放游戏中的各种音效。振动电机32与总控制电路板30通过导线连接并与振动传感轴33通过齿轮相连接，当总控制电路板30接收到有效发射讯号时向振动电机32发送讯号使其转动工动并带动振动传感轴33工作使其产生与开火频率同一频率振动，用于模拟真实枪械射击时的振动感和后坐力。一般振动电机32的电源电流较大，且动作频繁，可与本手柄与游戏主机连线走在一起，但应单设USB插头。为不影响本手柄，也可不用游戏主机供电，另设电源。振动电机32的打开和关闭可以通过游戏中的设置控制，也可单独设置开关在本手柄上。光电讯号控制电路板23、总控制电路板30与USB接口芯片电连接，USB电缆34将PC机或游戏机35的USB接口36与该手柄连接。

作为其他形式的枪型外壳，其控制按键的设置与枪内部基本结构设置与前述类似，只是根据实际情况可以略做调整。

总之，上述的实施方式是本实用新型的一种实施方式，并不代表本实用新型的所有实施方式，凡是结构上与本实用新型类似，具有本实用新型的设计思路，并具有相同或类似的技术效果，都应在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种枪型多功能游戏输入手柄，具有枪型外壳，其特征在于与外壳固定的功能按钮和方向操控摇杆、光电发射器和防真枪操作的机电联动装置，视角移动控制滚球单元、音效喇叭单元，以及用于与运行游戏程序的游戏主机进行通讯的接口；所述功能按钮和方向操控摇杆用于控制游戏中虚拟人物的动作与行动，光电发射器是确定瞄准点在电视机或显示器屏幕上的二维坐标，并产生一个脉冲信号，防真枪操作的机电联动装置用于模拟真实枪械上同样的操作行为；视角移动控制滚球单元用于控制游戏中虚拟人物的视角移动、音效喇叭单元用于播放游戏中需要播放的各种音效；以上所述功能所产生或接受的信号经通讯接口以有线或无线方式送往或反馈给游戏主机。

2.如权利要求1所述的枪型多功能游戏输入手柄，其特征在于：所述功能按钮包括开火按钮，该开火按钮的外形结构为类似扳机的外形结构或操作方式类似扳机的外形结构，该开火按钮设置于真实枪械扳机相同的位置，使得游戏者能够以类似操作真实枪械扳机的方式操作它。

3.如权利要求2所述的枪型多功能游戏输入手柄，其特征还包括设置在枪型外壳上的八个功能按钮，七个功能按钮设置于枪型外壳护木的两侧及上方与下方上、一个功能按钮设置于枪型外壳握把上，使得游戏者能够方便地操作发达到满足游戏各种操作的需求。

4.如权利要求1所述的枪型多功能游戏输入手柄，其特征还包括设置在枪型外壳上的方向操控摇杆，方向操控摇杆位于枪型外壳上对应右手拇指自然触点或左手拇指自然触点的位置。

5.如权利要求1所述的枪型多功能游戏输入手柄，其特征还包括设置在枪型外壳内的光电发射器，电发射器用于定位枪型多功能游戏输入手柄的移动。

6.如权利要求1所述的枪型多功能游戏输入手柄，其特征还包括设置在枪型外壳上的防真枪操作的机电联动装置，所述防真枪操作的机电联动装置使得游戏者能象操作真实枪械上的部件一样操作防真枪操作的机电联动装置，防真枪操作的机电联动装置输出信号经通讯接口以有线或无线方式送往给游戏主机。

7.如权利要求1所述的枪型多功能游戏输入手柄，其特征还包括可让游戏者控制游戏中虚拟人物视角的视角移动控制滚球单元，该视角移动控制滚球单元设置于枪握把上对应使用开火按钮那只手的拇指自然触点的位置。

8.如权利要求1所述的枪型多功能游戏输入手柄，其特征在于所述外壳可为现实中任何一种有带有枪托的枪械的外形或虚构出来有带有枪托的枪械的外形。

9.如权利要求1所述的枪型多功能游戏输入手柄，其特征在于所述游戏主机为PC机或家庭视频游戏机或大型游艺机或任何已知的能够运行第一人称射击游戏的设备，所述通讯接口为USB接口或任何已知的可用于该手柄的有线或无线的通讯接口。

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