Более сложные педали
Для начала давайте ознакомимся с базовой конструкцией педалей. Рисунок слева показывает, как педали связаны с потенциометрами. Эта схема взята из проекта Валта Оттенада. Она является очень эффективной и очень надежной. Идея проста: когда педаль нажимается вниз, стержень с кольцом, закрепленный в педали, перемещается в пазу, прорезанном в задней панели и одновременно перемещает рукоятку управления вниз. При этом преобразуется поступательно перемещение в радиальное движение потенциометра, и, таким образом, плавно изменяется сопротивление. Это сопротивление передается автосимулятору и отрабатывается как ускорение или торможение.
Есть реальная фотография задней части сделанных мною педалей, которая включает в себя некоторые подробности, которые я не отобразил на предыдущем рисунке. Эта фотография показывает два резиновых шнура, пропущенных сквозь болт с кольцом, расположенный внизу вертикальной панели. Затем шнуры огибают два шкива и проходят через кольца болтов, закрепленных на педалях. Это – пружинный механизм, который возвращает педали в исходное положение. Используя разное натяжение резинового шнура или заменяя их более упругими вы можете изменять упругость каждой педали, чтобы удовлетворить ваши вкусы. Например, вы могли бы хотеть, чтобы педаль тормоза была более жесткой, чем педаль газа. Использование двух шнуров позволяет добиться большей гибкости в регулировании. Вы можете убрать болт с кольцом, расположенный у основания данной конструкции, и использовать только один резиновый шнур от газовой педали до педали тормоза, но я нашел ранее описанную схему более подходящей для моих потребностей. У меня так же были проблемы с резиновыми жгутами, соскальзывающими со шкивов, поэтому мне пришлось использовать деревянные ограничители. Это работало лучше. Я добавил так же две деревянных планки в каждую прорезь вертикальной панели для ограничения движения педалей вверх и вниз, чтобы эти перемещения совпадали с пределами моих потенциометров. Я сделал щели слишком длинными и потенциометры поворачивались на слишком большой угол, чем это нужно было. Все рассказанное здесь должно вдохновить вас на то, что бы вы, руководствуясь своими чувствами и соображениями, могли проделать описанную работу как можно лучше. Не бойтесь немного экспериментировать и прислушивайтесь к собственному мнению. Все рулевые колеса и педали промышленного производства, которые я видел, в чем-нибудь отличались друг от друга. И благодаря этому вы можете проявить свое творчество в полной мере. Это же интересно!
Управляющие рукоятки могут быть сделаны из различных материалов. Мой – толстое органическое стекло толщиной 1/8″, шириной 7/8″ и длинной 6″. Я просверлил два 1/4″ отверстия на расстоянии приблизительно 2″ друг от друга и сделал прорезь между ними, чтобы создать щель. Необходимо немного отшлифовать эту прорезь, чтобы по ним гладко скользил болт с кольцом. Затем, я просверлил 1/4″ отверстие для осей потенциометров. Я люблю использовать органическое стекло, потому что оно прочно, гибко, и в нем бесшумно перемещаются болты. Также, его можно изогнуть, нагревая промышленным феном или в кипящей воде, чтобы приспособить к конструкции. Вы можете видеть на рисунке, что управляющие рукоятки имеют немного S-образную форму, которая служит для предохранения от застревания в них болтов с кольцами, когда они находятся в верхнем положении. Рукоятки управления прикручены к потенциометрам гайками и контршайбами. Вы должны будете нарезать резьбу на валах потенциометров при помощи 1/4 20″ плашки. На первый взгляд это сложное задание, ведь вы должны ограничить вал потенциометра от вращения при нарезании резьбы, иначе это приведет к внутренней поломке потенциометра. Однако немного подумав и подключив здравый смысл, вы поймете, что эта проблема легко решаема. Потенциометры 100кОм, которые я купил в Radio Shack, имеют очень длинные валы, что делает возможным захватить их маленьким зажимным приспособлением или плоскогубцами. Потенциометры закрепляются в конструкции при помощи L-скобок, изготовленных из жести. Уолли обширно применяет в своей конструкции полоски электротехнической стали, например для рукояток управления и многих других элементов. Используйте любые материалы, которыми вы располагаете. Что касается непосредственно меня, то мне не составляет труда изготовить любой кронштейн любой формы и размеров, так как я имею все необходимые инструментальные средства и материалы для этого. Но, как я сказал прежде, используйте любой устраивающий вас в конкретной ситуации материал. Чтобы закрепить резиновые шнуры, просто пропустите их концы через кольцо болта, закрепленного в нижней части, проденьте в подходящую шайбу завяжите узел. Шайба предохранит узел от проскальзывания при большом натяжении шнура. Корректировка натяжения выполняется, выбором или отпусканием части резинового шнура перед завязыванием узла.
Педали прикреплены к основанию на шарнирах. Я сделал свою собственную конструкцию с L-скобками и резьбовым стержнем для шпилек, но это заняло у меня больше времени, чем этот шарнир стоит. Поэтому используйте обычные 3″ дверные петли и вы будете более счастливы. Просверлите 1/4″ отверстие на торце педали для болта с кольцом. Позаботьтесь о том, чтобы просверлить это отверстие достаточно прямо вдоль всей педали. Просверлите 3/8″ отверстие перпендикулярно, 1/4″ отверстию. Здесь вы разместите 3/8″ металлическую вставку
, чтобы закрепить болт с кольцом. Если вы не сможете найти такую вставку, то болт можно закрепит иным способом. Я расположил гайку в конце педали, которая позволила мне надежно закрепить болт с кольцом, но так делать не обязательно. Можете применить свое решение.
Существует другой набор педалей, которые я сделал, и вы можете видеть их на фотографии. Потенциометры расположены в нижней части механизма между валами педалей. Таким образом, ваши ноги не входят в контакт с механизмом непосредственно. Валы сделаны из металлических полосок, которые могут быть найдены на любой свалке. Они проходят через основание, в котором к ним прикреплены пружины. Однако, все это могло бы быть расположено и на самом основании, причем это позволит отказаться от прорезей и сделает всю конструкцию проще. Педали были сделаны из мощных болтов с надетыми на них отрезками резинового шланга. Вместо пружин могут использоваться амортизаторы от автомобиля для более реалистического результата. Мне нравиться идея с амортизаторами, и я обязательно ее реализую в моей следующей конструкции педалей. Если вам известно о конструкциях, в которых применяются такие амортизаторы, но меньшего размера, сообщите мне.
Я благодарю Mark McGranahan, который подсказал мне эту превосходную идею! – «в отношении поисков меньших амортизаторов для педалей, Вы когда-либо слышали про радиоуправляемые автомодели? Несколько изготовителей производят очень миниатюрные, масляные, высокого качества амортизаторы, которые могли бы вам подойти. Они – полностью регулируемые модули. Вы можете использовать масла различной вязкости, различное поршневые клапанные устройства, пружины различной жесткости/длинны и т.д. Я думаю, что вы должны попробовать использовать их.».
Ниже изображены альтернативные подходы к использованию механизмов, просто связывающих педаль с потенциометром через рычаг, сделанный из пластмассы или металла. Это – намного проще, чем механизмы, описанные выше, но это ограничивает вас коэффициентом передачи поворота от педали к потенциометру, который будет равен 1:1. Другими словами, рычаг будет двигаться с той же самой скоростью, что и педаль. Добавление продольной щели в рукоятке управления потенциометром увеличит этот коэффициент, что позволяет вам более полно использовать весь потенциал сопротивления потенциометра. Это эффективно иллюстрируется двумя нижеприведенными рисунками. Больший угол поворота потенциометра позволяет добиться лучшей чувствительности в процессе управления автосимулятором. Важно так же обеспечить, чтобы вал потенциометра поворачивался плавно, без рывков.
Источник
Делаем руль и педали к компьютеру
Чтобы изготовить руль и педали, достаточно купить несколько деталей, прочитать инструкции и советы и немного поработать руками. Как же все это работает. Большинство персональных компьютеров, используемых для игр, имеет звуковую карту. На этой карте есть геймпорт, в который можно подключать джойстики, геймпады, рули и прочее. Все эти устройства используют возможности игрового порта одинаково — разница лишь в конструкции устройства, а человек выбирает такое, какое является наиболее подходящим и удобным для той игры, в которую он играет. Геймпорт персонального компьютера поддерживает 4 переменных сопротивления (потенциометра) и 4 мгновенных кнопки-выключателя (которые включены, пока нажаты). Получается, что можно в один порт подключить 2 джойстика: по 2 сопротивления (одно — влево/вправо, другое — вверх/вниз) и по 2 кнопки на каждый.
Если посмотреть на звуковую карту, то можно без труда разглядеть геймпорт, как на этом рисунке. Синим цветом указано, каким иголкам в порту соответствуют функции джойстика: например j1 Х означает «джойстик 1 ось Х» или btn 1 — «кнопка 1». Номера иголок показаны черным цветом, считать надо справа налево, сверху вниз. при использовании геймпорта на звуковой плате нужно избегать подключений к иголкам 12 и 15. Саундкарта использует эти выходы для midi на передачу и прием соответственно. В стандартном джойстике потенциометр оси Х отвечает за движение рукоятки влево/вправо, а сопротивление оси Y — вперед/назад. Применительно к рулю и педалям, ось Х становится управлением, а ось Y соответственно дросселем и тормозом. Ось Y должна быть разделена и подключена так, чтобы 2 отдельных сопротивления (для педалей газа и тормоза) действовали как одно сопротивление, как в стандартном джойстике. Как только станет ясна идея геймпорта, можно начинать проектировать любую механику вокруг основных двух сопротивлений и четыех выключателей: рулевые колеса, рукоятки мотоцикла, контроль тяги самолета. насколько позволяет воображение.
Рулевой модуль . В этом разделе будет рассказано, как сделать основной модуль руля: настольный кожух, содержащий почти все механические и электрические компоненты руля. электрическая схема будет пояснена в разделе «проводка», здесь же будут охвачены механические детали колеса.
На рисунках: 1 — рулевое колесо; 2 — ступица колеса; 3 — вал (болт 12мм x 180мм); 4 — винт (держит подшипник на валу); 5 — 12мм подшипник в опорном кожухе; 6 — центрирующий механизм; 7 — болт-ограничитель; 8 — шестерни; 9 — 100к линейный потенциометр; 10 — фанерная основа; 11 — ограничитель вращения; 12 — скоба; 13 — резиновый шнур; 14 — угловой кронштейн; 15 — механизм переключения передач.
На рисунках вверху показаны общие планы модуля (без механизма переключения передач) сбоку и в виде сверху. Для придания прочности всей конструкции модуля используется короб со скошенными углами из 12мм фанеры, к которому спереди прикреплен 25мм выступ для крепления к столу. Рулевой вал сделан из обычного крепежного болта длиной 180мм и диаметром 12мм. Болт имеет два 5мм отверстия — одно для болта-ограничителя (7), ограничивающего вращение колеса, и одно для стального пальца механизма центрирования, описанного ниже. Используемые подшипники имеют 12мм внутренний диаметр и прикручены к валу двумя винтами (4). Центрирующий механизм — механизм, который возвращает руль в центральное положение. Он должен работать точно, эффективно, быть простым и компактным. Есть несколько вариантов, здесь будет описан один из них.
Механизм (рис. слева) состоит из двух алюминиевых пластин (2), толщиной 2мм, через которые проходит рулевой вал (5). Эти пластины разделены четырьмя 13мм вкладышами (3). В рулевом валу просверлено 5мм отверстие, в которое вставлен стальной стержень (4). 22мм болты (1) проходят через пластины, вкладыши и отверстия, просверленные в концах стержня, фиксируя все это вместе. Резиновый шнур накручивается между вкладышами на одной стороне, затем по вершине рулевого вала, и, наконец, между вкладышами с другой стороны. натяжение шнура можно менять, чтобы регулировать сопротивление колеса. Чтобы избежать повреждений потенциометра, необходимо сделать ограничитель вращения колеса. Практически все промышленные рули имеют диапазон вращения 270 градусов. Однако здесь будет описан механизм поворота на 350 градусов, уменьшить который будет не проблема. Стальной г-образный кронштейн, длиной 300мм (14) прикрепляется болтами к основе модуля. этот кронштейн служит для нескольких целей:
— является местом крепления резинового шнура центрирующего механизма (два болта m6 по 20мм в каждом конце);
— обеспечивает надежную точку останова вращения колеса;
— усиливает всю конструкцию в момент натяжения шнура.
Болт-ограничитель (7) м5 длиной 25мм вкручивается в вертикальное отверстие в рулевом валу. Непосредственно под валом в кронштейн вкручивается болт 20мм m6 (11). Для уменьшения звука при ударе на болты можно одеть резиновые трубочки. Если нужен меньший угол поворота, тогда в кронштейн надо вкрутить два болта на необходимом расстоянии. Потенциометр крепится к основанию через простой уголок и соединяется с валом. Максимальный угол вращения большинства потенциометров составляет 270 градусов, и если руль разработан для вращения в 350 градусов, то необходим редуктор. Пара шестерен с поломанного принтера подойдут идеально. Нужно только правильно выбрать количество зубов на шестернях, например 26 и 35. В этом случае передаточное число будет 0.75:1 или вращение на 350 градусов руля даст 262 градуса на потенциометре. Если руль будет крутиться в диапазоне 270 градусов, то вал соединяется с потенциометром напрямую.
Педали. Основа модуля делается аналогично модулю руля из 12мм фанеры с поперечиной из твердой древесины (3) для крепления пружины возврата. Пологая форма основы служит подставкой для ног. Стойка педали (8) сделана из 12мм стальной трубки, к верхнему концу которой крепится болтами педаль. Через нижний конец стойки проходит 5мм стержень, который держит педаль в монтажных кронштейнах (6), прикрученных к основанию и сделанных из стального уголка. Поперечина (3) проходит через всю ширину педального модуля и надежно (должна выдерживать полное растяжение пружин) приклеивается и привинчивается к основанию (2). Пружина возврата (5) крепится к стальному винту с ушком (4), который проходит через поперечину прямо под педалью. Такая конструкция крепления позволяет легко регулировать натяжение пружины. Другой конец пружины цепляется к стойке педали (8). Педальный потенциометр установлен на простом L-кронштейне (14) в задней части модуля. Тяга (11) крепится к приводу (12) на втулках (9, 13), позволяя сопротивлению вращаться в диапазоне 90 градусов.
Ручка переключения передач. Рычаг коробки передач представляет собой алюминиевую конструкцию, как на рисунке слева. Стальной стержень (2) с нарезанной резьбой крепится к рычагу через втулку (1) и проходит через отверстие, просверленное в Г-образном кронштейне на основании модуля руля. С обеих сторон отверстия в кронштейне на стержень установлены две пружины (1) и затянуты гайками так, чтобы создавалось усилие при движении рычага. Две большие шайбы (4, 2) располагаются между двумя микровыключателями (3), которые прикручены один на другом к основанию. Все это хорошо видно на рисунках слева и снизу.
Справа на рисунке показан альтернативный механизм переключения передач — на руле, как в болидах формулы 1. Здесь используется два маленьких шарнира (4), которые установлены на ступицу колеса. Рычаги (1) крепятся к шарнирам таким способом, чтобы они могли двигаться только в одном направлении, т. е. к колесу. В отверстия в рычагах вставляются два маленьких выключателя (3), так, чтобы при нажатии они упирались в резиновые подушечки (2), приклеенные к колесу и срабатывали. Если выключатель имеет недостаточно жесткое давление, то возврат рычагов можно обеспечить пружинами (5), установленными на шарнир.
Проводка. Немного о том, как работает потенциометр. Если снять с него крышку, то можно увидеть, что он состоит из изогнутой токопроводящей дорожки с контактами А и С на концах и бегунка, соединенного с центральным контактом В (рис 11). Когда вал вращается против часовой стрелки, то сопротивление между А и В увеличится на то же самое количество, на какое уменьшается между С и В. Подключается вся система по схеме стандартного джойстика, имеющего 2 оси и две кнопки. Красный провод всегда идет на средний контакт сопротивления, а вот фиолетовый (3) может быть подключен на любой из боковых, в зависимости от того, как установлено сопротивление.
С педалями не так все просто. Поворот руля эквивалентен движению джойстика влево/вправо, а нажатие педалей газ/тормоз соответственно — вверх/вниз. И если сразу нажать на обе педали, то они взаимно исключат друг друга, и ни какого действия не последует. Это одно-осевая система подключения, которую поддерживает большинство игр. Но многие современные симуляторы, типа GP3, F1-2000, TOCA 2 и т.д., используют двух-осевую систему газ/тормоз, позволяя применять на практике методы управления, связанные с одновременным использованием газа и тормоза. Ниже показаны обе схемы.
Схема подключения одно-осевого устройства. Схема подключения двух-осевого устройства
Так как много игр не поддерживают двойную ось, то будет разумно собрать коммутатор (рис. справа), который позволит переключаться между одно- и двух-осевой системой переключателем, установленным в педальном модуле или в «приборной панели».
Деталей в описываемом устройстве не много, и самые главные из них — потенциометры. Во-первых, они должны быть линейными, сопротивлением в 100к, и ни в коем случае не логарифмическими (их иногда называют аудио), потому что те предназначены для аудио-устройств, типа регуляторов громкости, и имеют нелинейную трассу сопротивления. Во-вторых, дешевые потенциометры используют графитовую трассу, которая износится весьма быстро. В более дорогих используются металлокерамика и токопроводящий пластик. Такие проработают намного дольше (примерно — 100,000 циклов). Выключатели — любые какие есть, но, как было написано выше, они должны иметь мгновенный (то есть незапирающий) тип. Такие можно достать из старой мыши. Стандартный разъем джойстика D-типа с 15 иголками продается в любом магазине, где торгуют радиодеталями. Провода любые, главное, чтобы их можно было легко припаять к разъему.
Подключение и калибровка. Все тесты должны проводиться на отключенном от компьютера утройстве. Сначала надо визуально проверить паяные соединения: нигде не должно быть посторонних перемычек и плохих контактов. Затем надо откалибровать рулевой потенциометр. Так как используется сопротивление 100к, то можно измерить прибором сопротивление между двумя соседними контактами и настроить на 50к. Однако, для более точной установки, нужно замерить сопротивление потенциометра, повернув руль до упора влево, затем до упора вправо. Определить диапазон, затем разделить на 2 и прибавить нижний результат измерений. Полученное число и надо выставить, используя прибор. За неимением измерительных приборов, нужно выставить потенциометр в центральное положение, насколько это возможно. Потенциометры педалей при установке должны быть слегка включены. Если применяется одно-осевая система, то сопротивление педали газа должно быть установлено в центр (50к на приборе), а сопротивление тормоза быть выключено (0к). Если все сделано правильно, то сопротивление всего педального модуля, измеренное между иголками 6 и 9, должно уменьшиться, если нажать на газ, и увеличится — если на тормоз. Если это не случится, тогда надо поменять местами внешние контакты сопротивлении. Если применяется схема двух-осевого подключения, то оба потенциометра могут быть установлены на ноль. Если есть переключатель, то проверяется схема одно-осевой системы.
Перед соединением с компьютером, необходимо проверить электрическую цепь, чтобы не возникло короткого замыкания. Здесь потребуется измерительный прибор. Проверяем, что нет контакта с питанием +5v (иголки 1, 8, 9 и 15) и землей (4, 5 и 12). затем проверяем, чтобы был контакт между 4 и 2, если нажать кнопку 1. Тоже самое между 4 и 7, для кнопки 2. Далее проверяем руль: сопротивление между 1 и 3 уменьшается, если повернуть колесо влево, и увеличивается, если вправо. В одно-осевой системе сопротивление между иголками 9 и 6 уменьшится, когда нажата педаль газа, и увеличивается, когда нажат тормоз.
Последний этап — подключение к компьютеру. Подключив штекер к саундкарте, включаем компьютер. Заходим в «Панель управления — Игровые устройства» выбираем «добавить — особый». Ставим тип — «джойстик», осей — 2, кнопок 2, пишем имя типа «LXA4 Super F1 Driving System» и давим OK 2 раза. Если все было сделано правильно и руки растут от куда надо, то поле «состояние» должно измениться на «ОК». Щелкаем «свойства», «настройка» и следуем инструкциям на экране. Остается запустить любимую игрушку, выбрать в списке свое устройство, если потребуется, дополнительно его настроить, и все, в добрый путь!
Источник
