Диссертация (1026354), страница 3
Текст из файла (страница 3)
200300 - 350ммНаправление перемещения и положение ОУ приреализации оператором воздействий типа "пуск","включено", "увеличение", "плюс", "подъем","открывание", "вперед", "вправо", "вверх":- для рычаговперемещение снизувверх, слева направо, отсебя- для поворотных переключателейперемещение по часовойстрелкеНаправление перемещения и положение ОУ приреализации оператором воздействий типа "стоп","отключено", "уменьшено", "минус", "спуск","закрывание", "назад", "влево", "вниз":перемещение сверху- для рычаговвниз, справа налево, насебя18Таблица 1.1 (окончание).Некоторые базовые значения эргономических показателейНаправление перемещения и положение ОУ приреализации оператором воздействий типа "стоп","отключено", "уменьшено", "минус", "спуск","закрывание", "назад", "влево", "вниз":- для поворотных переключателейперемещение противчасовой стрелкиЧастота использования ОУ:- для поворотных переключателей типа I (сусилием перемещения 13, 18, 22 Н) и типа II (ссоответственно не болееусилием перемещения 5,3; 10; 16,6 Н), раз/мин5, не более 2, не более 1- для рычагов управления, маховиков иштурвалов в зависимости от усилия, раз/смену (8ч)5 - 960В соответствии с [14, 15] номенклатура эргономических показателейявляется открытой, т.е.
может быть дополнена по мере создания новыхтехнических средств и изделий, а также накопления экспериментальныхданных о них.1.2 Анализ методов построения джойстиков и устройств, их реализующих1.2.1 Резистивные джойстикиРезистивные, или потенциометрические джойстики являются наиболеераспространенным типом аналоговых джойстиков.Чувствительнымиэлементамипотенциометрическогоявляются переменные резисторы (потенциометры) [100].джойстика19Разновидностейпеременныхрезисторовпоконструктивномуисполнению довольно много. Основными, которые в значительной степениопределяют электрические и эксплуатационные характеристики, являются:резисторы для навесного и для печатного монтажа; одноэлементные;многоэлементные(сдвоенные,строенные,счетверенные);скруговым(вращательным) и движковым (поступательным) перемещением подвижногоконтакта; одно- и многооборотные.
В зависимости от материала резистивногоэлемента переменные резисторы делятся на проволочные и непроволочныекерметные,(композиционные,пластиковые,металлоокисныеиметаллизированные).Конструкция резистивного джойстика показана на Рисунке 1.3.Управляющая рукоятка джойстика прикреплена к поворотному валику. Этопозволяет отклонять рукоятку по оси X. Валик закреплен в подвеске, котораятакжеможетповорачиваться;осиповоротаваликаиподвескиперпендикулярны.
Поворачивающаяся подвеска позволяет отклонять рукояткупо оси Y.Валикиосьподвескисоединенысповоротнымиконтактамипотенциометров. В двухкоординатном джойстике их два – по одному длякаждойоси.Поворотконтактоввызываетизменениесопротивленияпотенциометра и, соответственно, выходного сигнала.Рисунок 1.3. Конструкция потенциометрического джойстика20В резистивных джойстиках используются однооборотные вращательныепеременные резисторы.
Угол поворота в джойстиках равен углу отклонениярукоятки и составляет примерно 80°. Схема используемых потенциометровприведена на Рисунке 1.4.Рисунок 1.4. Устройство вращательного переменного резистораВминиджойстикахиспользуютсяпеременныерезисторымалыхразмеров (около 5х5х3 мм). Как правило, миниджойстики содержат в своемсоставе еще и кнопку. Конструкция позволяет не только отклонять рукоятку, нои нажимать на нее.
Нажатие используется для операции «выбор» и«подтверждение». Изображение миниджойстика представлено на Рисунке 1.5.Рисунок 1.5. Потенциометрический миниджойстик на основе переменныхрезисторов и модуль-джойстик Troyka-3D Joystick на его основе21Потенциометрический миниджойстик в разобранном виде представленна Рисунке 1.6.Рисунок 1.6. Потенциометрический миниджойстик на основепеременных резисторов в разобранном видеСуществуетдругаяразновидностьрезистивногоминиджойстика,называемая «джойстик-слайдер».
Одним из вариантов является миниджойстикTL-26 компании Tenzo. В отличие от обычных джойстиков, в слайдере вместорукоятки в виде отклоняемого рычага используется кнопка, сдвигаемаяпальцем в пределах 2,5 мм в каждом направлении. Нажатие на кнопку непредусмотрено. Вид джойстика-слайдера представлен на Рисунке 1.7.Рисунок 1.7. Потенциометрический миниджойстик на основе резистивныхполос22Вджойстике-слайдеревместопеременныхрезисторовкакфункционально законченных элементов используются резистивные полосы.Вид джойстика-слайдера в разобранном виде представлен на Рисунке 1.8.Рисунок 1.8. Потенциометрический миниджойстик на основерезистивных полос в разобранном видеОсновные параметры резистивных джойстиков приведены в Таблице 1.2Таблица 1.2.Основные параметры резистивных джойстиковПараметрTroyka-3D JoystickДжойстик-слайдерTenzo TL-26Габаритныеразмеры,20х20х2520х20х1053-5..+5+-2,5..+2,5ВыходаналоговыйаналоговыйТретья координатадискретнаянетммМасса, гХодуправляющейрукоятки, мм(нажимная кнопка)Преимуществамиявляются:резистивныхпотенциометрическихджойстиков23- высокая линейность характеристики.
Нелинейность характеристикине превышает погрешностей изготовления переменных резисторов. Для лучшихпотенциометров показатель нелинейности составляет 0,25%, для массовых – 12%.- высокоеразрешение.Разрешениерезистивногоджойстикаопределяется разрядностью АЦП и схемой измерения сопротивления.- относительная простота устройства по сравнению джойстиками на соптических энкодерах или датчиках Холла.- низкая цена.Недостатками резистивных джойстиков являются:-невысокий ресурс работы.
Современные переменные резисторы,например, потенциометры серии 6657 производства компании Bourns, имеютресурс до 10 миллионов циклов поворота [39-40]. Однако такие резисторыимеют большие размеры и высокую цену. Более массовые резисторы,используемые в недорогих джойстиках, имеют ресурс 500-1000 тыс. поворотов.Миниатюрные резисторы, используемые в миниджойстиках, имеют ещеменьший ресурс.
Кроме самих резисторов, потенциометрические джойстикисодержат механизм передачи отклонения ручки к чувствительным элементам.Со временем эксплуатации в механизме возникают люфты; на работумеханизма негативно влияют пыль, грязь, влажность. Все это уменьшаетнадежность джойстика.-сложность конструкции.
Как показано на Рисунках 1.7 и 1.9,типичный резистивный миниджойстик содержит свыше 15 деталей, в том числемеханику. Это усложняет их сборку и увеличивает цену джойстика.-изменение характеристики. В процессе эксплуатации резистивногоджойстика происходит истирание резистивного слоя потенциометра. Истираниепроисходит неравномерно, наибольшее истирание слоя происходит научастках, соответствующих центральному положению рукоятки джойстика.Это вызывает сильное изменение выходных характеристик джойстиков, вносит24неравномерность чувствительности при разных значениях отклонения ручки.
Вместе наибольшего истирания, соответствующем центральному положениерукоятки джойстика, образуется мертвая зона, в которой джойстик не реагируетна отклонение рукоятки.-аналоговыйвыход.Резистивныеджойстики,аособенно–миниджойстики, обычно не имеют в своей конструкции АЦП и цифровогоинтерфейса. Для интеграции в широко применяемые сейчас цифровые системытаким джойстикам необходим внешний АЦП. Проводники, которыми джойстиксвязывается с АЦП, могут принимать на себя наводки от работающейэлектроники и вносить дополнительные погрешности в сигнал джойстика.1.2.2 Тензорезистивные джойстикиТензорезистивный чувствительный элемент (тензорезистор) являетсяосновным элементом тензорезистивного преобразователя (тензодатчика) ипредставляетсобойпроводник,изменяющийсвое сопротивлениепридеформации сжатия – растяжения.В настоящее время как в отечественной, так и в зарубежнойпромышленностииспользуютсяметаллическиеилиполупроводниковыетензорезисторы [73].Малым научным предприятием «Тензосенсор» (г.
Рыбинск) совместно соспециалистамикафедры«Вычислительныесистемы»Рыбинскогогосударственного авиационного технического университета (РГАТУ)былиразработаны микроджойстики с использованием тензоэлементов на основеполимерных материалов [44-47].25Рисунок 1.9. Устройство и принцип действие полимерного микроджойстикаНа Рисунке 1.9 показан манипулятор 1, состоящий изуправляющейрукоятки 2, выполненной за одно целое с упругодеформируемым элементом 3,состоящим из нескольких радиально-расположенных тензодатчиков. Науправляющей рукоятке 2 для удобства управления установлена головкаманипулятора 4 в виде шарика.Тензорезисторыпредставляютсобойслойэлектропроводногоэластичного полимера (эластомера) 11 на поверхности упругодеформируемогоэлемента. Токопроводящие дорожки 9 на плате 7 образуют шины и средствапередачи данных и соединяют тензорезисторы каждого микроджойстика смикропроцессором.Для управления курсором (или другим объектом в графическоминтерфейсе) пользователь нажимает пальцем руки управляющую рукоятку 2микроджойстика 1 в нужном направлении.
Силовое воздействие от нажатиярукояткой 2 передается на упругодеформируемый элемент 3, что вызывает егодеформацию. Деформация фиксируется полимерными тензорезисторами,сигналы от которых передаются в микропроцессор.По полученным сигналам вычисляют углы между проекциями векторасилы, приложенной пальцами руки к чувствительному элементу устройства иосями координат по формуле 1.1.26a j arctg(UjU j 1),(1.1)где: a j - вычисленный угол направления силы, приложенной пальцами руки кчувствительному элементу устройства;j - номер оси координат. Например, U 1 - первая ось координат, связаннаяс горизонтальной осью координат на плоском дисплее, U 2 - вторая оськоординат, связанная с вертикальной осью координат на плоском дисплее.U j U ij – сумма проекций векторов разложений силы на j-ю осьiкоординат;Uij Ri Ftj (bij ) – величина проекции i-го вектора разложения силы на j-юось координат;Ri- измеренный сигнал с i-го тензодатчика, причем Ri =0 соответствуетотсутствию внешнего воздействия, Ri >0 – сжатию тензодатчика, а Ri <0 растяжению;Ftj (bij ) - тригонометрическая (sin, cos) или иная функция, в зависимостиот конструктивного исполнения устройства;bi- известный угол между одной из осей координат устройства(например, между осью координат Y, связанной с вертикальной осью) и i-мтензодатчиком.В основе разработки полимерных микроджойстиков лежит технологиясоздания эластичных электропроводящих тензочувствительных пленок.результатедлительныхэкспериментовудалосьсоздатьВуникальнуютехнологию производства эластичных проводящих пленок на основе смесиполиуретановых полимеров и проводящих компонентов с регулируемымудельным электрическим сопротивлением ρ на уровне от 1000 до 3000мкОм*м при модуле Юнга Е на уровне 0,95-0,98 ГПа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
