Как устроены игровые рули. Игровой руль из мышки

Старый как мир. Но считаю, что вам будет интересно его почитать - тем более, если хоть раз, играя на компьютере в гонки, у вас мелькала мысль о покупке руля.

Все, что вы хотели знать, но боялись спрость) Доступным языком, подробно и наглядно. Трафик.

На самом деле, в начале должно быть небольшое введение про разновидности игр, в которых может понадобиться указанные выше манипуляторы. Я не являюсь матерым игроком (не знаю, к счастью или к сожалению… просто нет на это времени, хотя поиграть иногда хочется), но думаю, не ошибусь, если назову две разновидности гонок – аркады и симуляторы.
Первые – поэффектней, но попроще в плане управления. Разработчики не прикладывают огромных усилий для создания реалистичной физической модели поведения игрового автомобиля, а просто дают возможность вдоволь погонять. Ввиду своей зрелищности и геймплея, как правило, такие игры пользуются большим спросом у многих категорий игроков. Типичный пример - серия NFS , Race Driver: Grid .

Симуляторы – дело посерьезней, потому и менее распространенное. Главный козырь в таких играх – реалистичное управление и множество настроек, которые действительно так или иначе влияют на игровой процесс. Примеры - NFS Shift , Colin McRae Rally , Live For Speed , GTR и GTR2 , rFactor , Richard Burns Rally .

Даже если моя классификация не верна, сути это особо не меняет – очевидно, что руль в гонках позволяет добиться большего погружения в игру, нежели пара кнопок на клавиатуре.

Как известно, основная задача руля – точно измерять угол отклонения оси от «начала координат», после чего передавать эти значения в игру. Т.е. если физически баранка была повернута на 15 градусов, это же значение (ни больше, ни меньше!) должно передаться в игру, чтобы авто повернул в нужную сторону.

То же и с педалями – чем больше тапка в пол, тем быстрей взлетим;) Но вот тут-то и начинается самое интересное...

Думаю, ни для кого не секрет, что каждый производитель игровой периферии старается выдумать что-то свое – тогда есть вероятность, что товар купят. Поэтому, на данный момент, существует несколько технологий, которые применяются в подобных устройства. Если быть точным, решения проблемы три (если кто-то еще что-то знает на этот счет – добавляйте!) – механическое, оптическое и магнитное. Давайте разберемся, что к чему и где какие подводные камни.

Переменный резистор (потенциометр)

Самое простое и дешевое решение – вы могли многократно видеть его в огромном количестве устройств, даже в бородатые года.

Принцип действия прост - на оси руля (под корпусом, мы этого не видим) крепится небольшая шестеренка, которая своими зубцами соединена с другой шестеренкой, установленной на оси потенциометра. Поворачивая руль, механизм приходит в действие – контакты потенциометра передают значения угла поворота руля к контроллеру, а тот – в игру. Бывает и такое, что оси педалей связаны с потенциометрами напрямую, но это не делает погоды – эти «часы» устроены таким образом, что в любом случае будут люфты.

Они в свою очередь являются причиной «мертвых зон» руля, когда игра не видит незначительных поворотов руля. А механический износ деталей этому только поспособствует.

Но не люфтами едиными сыт обладатель подобного устройства. Основной проблемой является разрушение движков и стирание резистивной дорожки потенциометра. Один движок скользит по ротору, второй – по резистивной дорожке. Ничто не вечно - все эти элементы стираются. Для более наглядного представления, внизу приведен рисунок.

В итоге через некоторое время потенциометр начинает давать не правильные данные (те, кто застал советские телевизоры и радиоприемники, на которых громкость регулировалась как раз потенциометрами, должны помнить, как при вращении регулятора звук начинал «хрипеть» – именно так и проявляется внутреннее разрушение потенциометра). Именно поэтому потенциометр не может проработать очень долго - против законов природы не попрешь… и все, что трется, рано или поздно выйдет из строя. И чем энергичнее трешь – тем быстрее это случится.

Результат - дорогое устройство через непродолжительное время станет всего лишь «визуальным» дополнением к игре, но никак не средством для получения удовольствия;)

Плюсы
- Простота и дешевизна изготовления.
Минусы
- Недолговечность к механическому износу;
- «Мертвые зоны» руля и педалей.

Оптический датчик (энкодер)

Другим, более надежным вариантом решения проблемы, является использование оптического датчика.
Принцип действия так же может быть многим знаком еще из школьного курса физики. На специальной подставке закреплен вращающийся диск с прорезями, показания поворота с которого считывает закрепленный фотоэлемент. Благодаря тому, что нет механического контакта между «колесом» и фотоэлементом, механический износ сведен к минимуму. НО… из-за того, что этот диск не имеет «центра» (начала отсчета), его приходится калибровать при каждом включении.

Именно поэтому, некоторые рули, при включении компьютера или его перезагрузке, встроенным приводом сперва поворачивают руль до конца в одну сторону, потом в другую. Деля полученное значения пополам, устройство узнает, от какого положения диска с прорезями надо производить отчеты.

Несмотря на то, что дешевизна самого датчика имеет место быть, рули на оптике стоят значительно больше рулей на потенциометрах. Именно из-за необходимости калибровки разработчик руля на оптике и попадает в засаду. Датчик-то дешевый, но как при включении узнать, в центральном ли положении находится баранка? Повсеместно применяемое решение – поставить электромотор, который будет крутить баранку, чтобы найти центр. Но чтобы электромотор мог крутить баранку, надо ставить редуктор, который переведет скоростное вращение вала мотора в плавное движение баранки. В итоге дешевый датчик влечет за собой дорогую механику – электромотор и редуктор.

Мертвых зон, как правило, нет, но они могут возникнут по мере износа шестерен редуктора, которые с помощью мощной обратной связи (Force Feedback) могут убиться еще быстрее.
Далее по списку – достаточно большие размеры датчика и редуктора, благодаря чему оптику вставляют только в рули. Поэтому все рули, работающие на оптических датчиках, комплектуются педалями на… переменных резисторах, о которых говорилось выше)

Результат – похожая песня, но за бОльшие тысячи. «Подсластить» эмоции от дополнительных затрат может Force Feedback (силовая обратная связь), которую реализуют за счет упомянутого выше двигателя. Не простаивать же ему просто так) Но проблемы с педалями-то это не решает!...

Плюсы
- Бесконтактный, нет трения;
- Дешевизна самого энкодера;

Минусы
- Требуется принудительная калибровка;
- Большие габариты редуктора, сложно установить в педали;
- Дороговизна изготовления редуктора и электропривода для калибровки.

Сейчас самое время сделать небольшое лирическое отступление, ведь постепенно мы подкрались к самому интересному;) Если рассмотреть более глобальную сферу деятельности, хотя бы такую, как автомобилестроение, то можно обратить внимание на то, что все ведущие компании в большинстве случаев давно отказались от переменных резисторов и оптических датчиков в своих автомобилях. Повсеместно используется магнитные датчики, крупнейшим поставщиком которых является небезызвестная компания Philips, точнее ее дочерняя компания Philips NXP Semiconductors .

Такие датчики могут применяться где угодно – в отклоняющихся спинках автокресел, напичканных электроникой; в педалях и в руле, в дворниках, в элементах двигателя… да много где!

Вряд ли производители выбирали бы ненадежные решения… так почему бы не применить эту технологию в геймерских продуктах? Ведь в таком случае руль будет как в хороших иномарках;)

Магнитный датчик

Принцип работы в следующем – берется диаметрально намагниченный магнит, который надежно устанавливается в подвижной части корпуса, в нашем случае это сама баранка.

В неподвижном корпусе крепят непосредственно сам датчик, который обрабатывает значения углов поворота магнита.

Благодаря тому, что вумная электроника способна работать с магнитом на некотором расстоянии от него, то механического износа нет как такового. Ломаться тоже нечему – мелкие хрупкие детали просто отсутствуют.

Второй бочкой меда в ложке дегтя является высочайшая точность, которая получается при таком подходе – электроника способна регистрировать повороты в сотые доли градуса!
Ну и третий не менее приятный бонус – небольшие размеры магнита и датчика, что делает возможным их установку хоть в руль, хоть в педали. Собственно, так и делают.

Плюсы
- Бесконтактная работа, отсутствует трение и механический износ;
- Высокая точность и регистрация малейших отклонений руля или педалей;
- Небольшие размеры.

Минусы
- Дороже чем резисторы и оптические энкодеры.

Дописывая текст про третий вид датчиков, невольно возникает чувство гордости за «наших» - до недавнего времени никто, кроме отечественной компании Gametrix эту технологию в доступных игровых устройствах вроде не применял.

У них датчики имеют имя MaRS (Ma gnetic R esistive S ensor, Ма гнитный Р езистивный С енсор).

Теория vs практика

Народная пословица намекает, что лучше один раз увидеть, нежели сто раз услышать;) Что же, давайте подкрепим сказанное практическим испытанием.

Для эксперимента понадобится:

- Три руля (на трех видах датчиков – резисторный, оптический и магнитный)
- Программа JoyTester (для наглядно отображения данных, полученных от контроллера руля и педалей)
- Чемпион мира 2006-ого года по игре в NFS - Алан Енилеев :)

Итак, сначала были взяты три руля, которые были последовательно подключены к компьютеру. Играть пока не будем – просто небольшие полевые испытания в программе JoyTester. Эта программа в координатной плоскости рисует линии, соответствующие углам поворота руля или степени нажатия педалей.

Датчик на потенциометре

Начнем с того, что руль совершенно не обрабатывает небольшие отклонения руля вправо и влево, которые совершаются непосредственно вблизи «центра координат». Те самые мертвые зоны, о которых я говорил. Т.е. если вы несетесь в игре по прямой, то можно не делать вид матерого водилы, который небольшими поворотами держит полный контроль над дорогой) Говоря проще, игра не заметит ваших стараний) Мало того, без внимания остаются движения, которые совершаются в максимальных углах поворота. Из-за этого у многих людей складывается впечатление, что все рули и игры с рулями – фигня. Мол крутишь баранку, а машине хоть бы хны. Это сильно бьет по самолюбию действительно опытных автомобилистов;)

Производитель гордится углом поворота руля в 270 градусов (а бывает и 900!), мол можно крутеть-вертеть-неперевертеть. Что же… учитывая, что почти везде используется 8-битный контроллер, который выдает 256 отсчетов, минимальный угол восприятия - 270/256 = 1,056 градуса. Этот самый градус, точнее «лестницу», которую получает игра, мы можем видеть в программе, значительно отклоняя руль.

Еще один всплывший недостаток – нелинейность. Т.е. разница между реальным углом отклонения игрового устройства и данными, переданными игре.

Педали – это тоже что-то. Все начинается с того, что педали не обрабатывают мертвую зону в самом начале, а она составляет ни много, ни мало – примерно 30% от всего диапазона (15-30 градусов). Те же 30% составляет мертвая зона в конце того диапазона, который предлагает комплект. Итого в нашем распоряжении есть всего 40 процентов от полного хода педалей.

Результат – мы жмем тапку в пол, а игра смотрит на это и откровенно ржот) Соответственно, вы не сможете точно «дозировать» газ и тормоз – нажимая педаль на 70%, игра будет принимать их за все 100. Куда это годится?)

Оптический датчик

Тут уже все лучше. Во-первых, нет мертвых зон, во-вторых, точность намного выше. Данные поступают плавно, «ступенек» нет. Немного напрягают ясно ощущающиеся при вращении руля зубчики шестеренок редуктора, но к ним быстро привыкаешь.

Но… рули на оптических датчиках комплектуются педалями на резисторах)
Педали из комплекта:

Данные поступают рывками (явно видны ступеньки), в начале и в конце большие мертвые зоны. Что, впрочем, не удивительно.

Магнитный датчик

В руле Gametrix Viper три магнитных датчика – один в руле и два в каждой педали (позволяют обрабатывать повороты и нажатия от 0.06 градуса).

Для более очевидной разницы поведения, был собран макет, в котором для одной баранки применяются сразу два датчика – магнитный и резисторный.

Запускаем программу и… думаю, комментарии излишни.

Но если вы ничего не поняли – магнитный датчик регистрирует даже самые незначительные отклонения руля от центра, полностью отрабатывает весь диапазон, который предоставляет руль… и то же самое касается педалей. Думаю, это именно то, на что рассчитывают разработчики игр, выпуская свои шедевры.

3... 2... 1... GO!

Ну и самая, пожалуй, интересная часть теста. Алану Енилееву, лучшему виртуальному автогонщику мира 2006-ого года, было предложено прокатиться в игре под наблюдением программ, таких как JoyLogger и WheelTester .

Анализируя запись игры Алана, было выяснено, что самыми востребованными углами поворота в игре находятся в диапазоне от -20 до +20 градусов от центра. Именно те градусы, которые в рулях на потенциометрах находятся в мертвой зоне;)

Так же выяснилось, что в среднем игрок совершает одно движение рулем в секунду. А учитывая, что ресурс бюджетного потенциометра всего 800 000 циклов (800 000 секунд), то игровое время, на которое рассчитан руль – всего 250 игровых часов! Ну или чуть больше 10 суток непрерывной игры… мда.

Если играть 2-4 часа в день, то удовольствие будет длиться всего 4-6 месяцев (собственно, тут можно обратить внимание на срок гарантии, которую предоставляют большинство производители). Даже если по истечении этого времени руль останется жив, то показания, передаваемые им в игру, будут далеки от настоящих.
А ведь это всего лишь кроха внутри устройства, которую мы даже не видим… про остальные артефакты, которые вылезут на дешевых устройствах, я даже не говорю.

Итого

Если Вы действительно неравнодушны к автомобильным симуляторам на компьютере, то без руля и педалей «радость будет неполной». Ассортимент игровых устройств на рынке сейчас очень широк, но по сути, все они одинаковые – меняется лишь «кожура». Поэтому первый совет – не введитесь на россыпи кнопок, кучи педалей, всякие рюшечки и прочие закосы под знаменитых брендов типа Ferrari (ой, случайно возникла ассоциация с черкизовскими мажорами в куртках «Харли Дэвидсон»). Да, все эти модные отделочки могут быть красивыми, но… 15 килобайт текста выше подтверждены практикой и многочисленными темами форумов.

Ничто не вечно – любой продукт, а тем более, подверженный активному механическому воздействию, рано или поздно выйдет из строя. Но сроки жизни у этих устройств сильно разнятся. Поэтому, я считаю, лучше не иметь отдельную статью расходов, покупая раз в год новый комплект рулей и педалей, а купить один раз, но долговечный и более функциональный продукт.
После покупки в долгу останутся разработчики игр – действительно качественные автосимуляторы сейчас можно посчитать по пальцам.

* UPD: Программы

Как Вы наверное знаете, играть в различные автомобильные симуляторы с помощью руля и педалей намного удобнее и реалистичнее чем на клавиатуре. Чтобы точно вписаться в поворот, не нужно многократно нажимать на кнопки клавиатуры, а просто плавно повернуть руль, насколько это требуется. Газ и тормоз тоже нуждаются в плавном управлении, поэтому педали являються обязательным дополнением к рулю. Конечно это очень далеко от реального вождения в реальном автомобиле, но попробовав играть с помощью компьютерного руля, вам больше не захочется играть с клавиатуры.

Если стоимость нормального заводского руля может перебить вам все желание на его приобретение, оптимальным вариантом будет сделать руль и педали самому, тем более что их без труда можно изготовить в домашних условиях, не обладая специальными навыками. К тому же сломать их будет не так жалко.

Конструкция рулевого модуля

Сама конструкция руля очень проста, и при наличии необходимых инструментов и материалов, смастерить в домашних условиях рулевой модуль совсем несложно.

Пробуйте сначала спланировать то, что вы собираетесь сделать, набросав простые эскизы. Это не обязательно должны быть шедевры, обычное размышление или идеи. Удивительно, как часто вы можете обнаружить ошибки в ваших размышлениях прежде, чем они станут реальными. Это сохранит вам впоследствии много времени.

На рисунках cверху показаны общие планы модуля: сверху, спереди и сбоку.Основа планшета делается из толстой фанеры для придания прочности конструкции.
В качестве рулевого вала использован длинный болт диаметром 12мм. Руль и два подшипника с внутренним диаметром 12мм закреплены на нем при помощи гаек. U-образные металлические фиксаторы прижимают вал с подшипниками к деревянным опорам. Ограничитель удерживает вал от проворачивания в центральном положении. Он необходим, чтобы резким движением не повредить переменный резистор.
Резистор (потенциометр) крепится к основанию через простой стальной уголок и соединяется с валом напрямую при помощи отрезка резинового шланга. Для удобства соединения на ось резистора надета маленькая пластмассовая ручка по диаметру совпадающая с диаметром рулевого вала. Вы должны добиться того, чтобы центры вращения руля и вала строго совпадали.

Проектирование рулевого колеса

Для начала, вы должны спроектировать ваш руль. Затем, вооружившись линейкой и циркулем, нарисуйте подробный чертеж руля. Форма в месте охвата пальцами особенно важна, поэтому необходимо найти максимально удобное положение для рук. Помните, если вы энергичный гонщик, то вы будете проводить долгие часы сжимая это колесо в своих руках.
Изготовление руля для автосимулятора не столь трудно, как вы могли бы подумать. Его можно сделать из одного или нескольких слоев фонеры, склеивая их между собой.Выпилить лобзиком, зачистить острые края наждачкой и покрыть несколькими слоями черной краски, промежуточно шлифуя каждый слой.

Затем необходимо будет изготовить ступицу для задней части руля. Это не что иное, как квадратный или круглый блок древесины, который обеспечивает расстояние между колесом и передней панелью, а также придает дополнительную прочность.Жестко зафиксируйте ступицу к задней части руля мебельным клеем или прикрутите шурупами. Просверлите в центре 12мм отверстие для рулевого вала (прямо! предпочтительно на сверлильном станке) и руль можно красить.

Центрирование рулевого колеса

От руля, прежде всего, требуется хорошее возвращающее усилие, которое при поворотах, будет возвращать руль в исходную позицию.Данный метод центрирования состоит в том, чтобы просверлить горизонтальное отверстие сквозь рулевой вал и вставить туда 5мм болт с отрезанной головкой. Сточите концы этого болта с обеих сторон напильником и просверлите в получившихся площадках отверстия. Они позволят закрепить в этом месте пружины. Рулевой вал тоже необходимо сточить с двух сторон для хорошей фиксации гаек.

Затем закрутите болт в просверленное отверстие на оси и сильно затяните с двух сторон гайками.Другой конец пружины цепляется к стальному L-кронштейну. Когда руль поворачивается, пружины растягиваются, при отпускании руля, пружины возвращаются в исходное положение и возвращают вал назад в среднюю позицию. Можно регулировать силу возврата руля, натягивая или ослабляя пружины.

Фиксатор рулевого модуля

Немаловажный фактор при изготовлении руля – система крепления к столу.Эта система фиксации обеспечивает быструю установку и снятие рулевого модуля, при достаточно жесткой фиксации.

Из стальной пластины выгибаем П-кронштейн и сверлим 4 отверстия для саморезов, как показано на рисунке. После выпиливания из твердой древесины специальной прижимной лапки, необходимо просверлить в ней посередине 8мм отверстие для 5мм болта. Затем, прикрутите лапку к П-кронштейну саморезами, чтобы лапка в нем двигалась свободно.Расстояние от основания модуля до лапки должна быть примерно равной толщине стола, к которому вы собираетесь его устанавливать.

Просверлите отверстие через основание рулевого модуля и плотно вставьте в это отверстие T-образную втулку с резьбой или резьбовую вставку, в которую можно вкрутить 5мм болт. Затем прикрутите П-кронштейн к деревянному основанию модуля двумя саморезами, пропустите болт с поворотной ручкой в отверстие лапки и вверните в Т-втулку. Удостоверьтесь, что лапка свободно отходить вниз при ослаблении зажима.Для меньшего скольжения, можно приклеить на край лапки отрезок тонкой резины.

Конструирование педалей

Все, кто любит погонять в автосимуляторах, знает насколько важно иметь кроме руля еще и педали.Они позволяют освободить одну руку и дают работу ногам, повышая реалистичность управления и одновременно упрощая выполнение некоторых маневров.

Данная конструкция являеться очень надежной и простой в изготовлении.Основание и педали делаются из фанеры и крепятся друг к другу с помощью отрезков мебельных петель. В основании под педалями просверливается отверстие (примерно 10мм) для свободного хода рычага.

Рычаг делается из металлического прута и сгибается в одну сторону с обеих сторон, как видно на рисунке.Закрепить его к педали можно согнутым в U-образную форму небольшим гвоздем.

Пружины необходимы для возврата педалей в исходное положение и должны обеспечивать усиленное нажатие. Крепить их не обязательно, т.к. они будут зажаты между педалями и основанием.

Переменные резисторы (100k) крепятся к основанию через L-кронштейны на обратной стороне основании. На вал резистора вставляется рукоятка. Делается она из дерева или пластмассы. Используйте любой материал, которым располагаете. В рукоятке просверливаются два отверстия. В одно плотно вставляется вал резистора, а в другое рычаг, так чтобы он свободно крутился.Рукоятка еще будет являться ограничителем обратного хода, так что сделайте ее покрепче.

Как видно на рисунке, педали связаны с резистором через рычаг.Когда педаль нажимается, рычаг проходит через отверстие в основании и перемещает рукоятку вниз. При этом увеличивается сопротивление резистора. С помощью пружин педали возвращаются в исходную позицию.

Таким же способом в педальный блок можно дополнительно добавить педаль сцепления, если ваш автосимулятор полноценно поддерживает три педали.

Механизм переключения передач

Ручка переключение передач

Почти все современные автосимуляторы поддерживают «прямое» переключение передач: игрок, как в обычной механической коробке, переводит рычаг на нужную передачу. Для этого, в компьютерных рулях высокого класса делают рычаг прямого переключения на 6-7 передач. В данной статье я расскажу вам, как сделать семиступенчатый шифтер, выполненный в виде отдельного блока, закрепляемый в любом удобном месте отдельно от руля. Это будет устройство с «прямым» рычагом переключения передач на 6 скоростей (не считая заднего хода), имитирующее обычную механическую коробку передач.

Главный механизм делается по принципу обычного джойстика и позволяет рычагу наклоняться по оси X и Y.

Формы для механизма можно сделать из 1мм стали. Согнуть, как показано на рисунке, и соединить между собой через отверстия втулкой.
Сам рычаг делается из обычного стального стержня (примерно 8мм). В нижней части рычага просверливается отверстие и через механизм в него вставляется втулка. Это будет центр вращения рычага по оси Y, который непосредственно нажимает на кнопки.

Чуть выше оси рычага, не до конца просверливается отверстие. В него вставляется пружинка и маленький шарик от подшипника, совпадающий по диаметру с отверстием. Дополнительно к этому на верхней части механизма просверливаются два отверстия. Шарик попадает в эти отверстия и не дает рычагу свободно отходить от кнопки, оставляя ее включенной.

Это нужно для того, чтобы фиксировать нажатую кнопку, т.к. при отпускании кнопки, во многих симуляторах автоматически включается нейтралка.

Во избежание повреждения кнопок от удара рычагом во время нажатия, кнопки крепятся на пластины пружинной стали, которая непосредственно крепится к основанию. Рычаг давит на кнопку, которая после включения, через пластину будет отгибаться в обратном направлении. Пластины такой стали можно достать из ненужных VHD видеокассет.

Пластина с направляющими пазами для передач выпиливается из алюминия и крепится сверху на конструкцию. На концах каждой направляющей, с нижней стороны, крепятся 7 пластин с кнопками.

Сразу становится ясно, что 4 кнопок, доступных с Геймпорта будет недостаточно, поэтому необходимо найти способ для получения 7 независимых кнопок. Самым простым вариантом было бы, если электроникой выступал старый USB джойстик или геймпад. На нём обычно достаточно кнопок и не надо мучиться с пайкой нового девайса.

Есть еще способ подключить устройство к Геймпорту, спаяв небольшую плату. Как видно на рисунке ниже, соединив 4 кнопки с Геймпорта с помощью диодов вместе, можно получить конфигурацию с 7-ю кнопками и одним POV.

По поводу работоспособности данной схемы ничего не могу сказать, потому, как сам ее не использовал. Вполне возможно для распознавания ее операционной системой, потребуется специальные драйверы.

Для переключения скоростей можно еще сделать подрулевые шифтеры, как на некоторых спортивных автомобилях и в «Формуле-1». Рычаги расположены на задней стороне руля и могут использоваться пальцами, позволяя не терять контакт с коробкой передач при повороте руля. Это устройство поддерживается всеми играми, так как для его работы достаточно двух кнопок.

Это простая схема, которая показывает основное расположение рычагов управления. Рычаг может быть сделан из дерева, металла, пластмассы, или чего бы то ни было. На конце рычага просверливаются два отверстия для шурупов, на которых он будет держаться. Шурупы должны быть подходящей длины, чтобы они не прижимали слишком сильно и не стесняли движение рычага. Две пружины необходимы для фиксации рычагов в нейтральном положении. Чтобы закрепить кнопки, можно их приклеить к основанию руля в нужном месте.
Выбрав место на задней стороне руля для крепления рычагов, убедитесь, что они не будут мешать управлению.При необходимости можете придумать им свою удобную форму.

Электрическая схема подключения

Для подключения руля и педалей, необходимо чтобы на компьютере была установлена звуковая карта с GAME/MIDI портом, к которому подключаются игровые устройства (джойстики, геймпады, рули), либо геймпорт может быть встроен в материнскую плату системного блока.

Схема руля ничем не отличается от схемы обыкновенного джойстика и не требует никаких драйверов и специальных программ. Геймпорт поддерживает 4 переменных сопротивления (резисторы 100к) и 4 мгновенных кнопки, которые включены, пока нажаты.

Чтобы компьютер определил игровое устройство, к геймпорту достаточно подключить два сопротивления на ось X и Y. В нашем случае это переменные резисторы руля ось X(3) и педали газа ось Y(6). Для педали тормоза используется ось X1(11). А оставшуюся ось Y1(13) можно использовать для педали сцепления.

Резисторы должны быть линейными (не от регуляторов громкости!) от 50к до 200к (лучше взять 100к).Красный провод (+5V) всегда идет на средний контакт резистора, а вот ось (3, 6, 11 контакты) может быть подключен на любой из боковых, в зависимости от того, как установлен резистор. Если при повороте руля влево курсор идет вправо, просто надо поменять местами внешние контакты резистора. То же самое и с педалями.

Стандартный штекер джойстика с 15 иголками можно купить в любом электронном магазине или на радиорынке. Провод лучше взять экранированный 10 жильный.

Калибровка

Прежде, чем подключить руль и педали к компьютеру, необходимо откалибровать резисторы.Для более точной регулировки, вам потребуется специальный измерительный прибор.Рулевой резистор нужно выставить в центральное положение. Если вы используете резистор 100к, то можно измерить прибором сопротивление между двумя соседними контактами и настроить на 50к. Резистор педали газа и тормоза можно установить на минимальное сопротивление (0к). Если все сделано правильно, то сопротивление резистора должно увеличиться, если нажать на педаль. Если это не случится, тогда надо поменять местами внешние контакты резистора.

Перед соединением с компьютером, необходимо проверить, чтобы не было замыкания контакта +5v (1, 8, 9) и землей (4, 5), иначе геймпорт может сгореть!!!

Подключаем штекер к звуковой карте. В панели управления выберите "Игровые устройства" затем кнопку "Добавить". В меню выберите – "джойстик 2 оси 2 кнопки" и нажмите "ОК". Если все было сделано правильно, то поле "состояние" должно измениться на "ОК".После этого нам необходимо откалибровать игровой планшет. В "Свойствах" нажмите на закладку "Настройка", затем на кнопку "Откалибровать" и следуйте указаниям. Загружайте ваш любимый автосимулятор, выберите в настройках свое устройство, настройте его и получайте удовольствие!

Для большей долговечности, вместо переменных резисторов можно поставить оптическую пару (светодиод + фотодиод). Трущихся деталей в таком устройстве нет, и следовательно практически отсутствует износ. Оптопары можно достать из старой компьютерной мышки.На среднюю ножку фотодиода припаивается +5В, вывод соответственной оси на любую из крайних ножек. Сопротивление R 100 Ом ограничивает ток через светодиод.
Более подробно об оптике можно посмотреть

Некоторые компьютерные игры требуют применение дополнительных периферийных устройств- джойстиков, например, или руль с педалями.
Все эти устройства, конечно, продаются в специализированных магазинах, но их можно изготовить и самостоятельно.

В этой статье речь у нас пойдет как сделать самому руль и педали для компьютера .

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 четырех выключателей: рулевые колеса , рукоятки мотоцикла, контроль тяги самолета... насколько позволяет воображение.

руль для компьютера

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 для компьютера

Основа модуля "педали " 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 для компьютера

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 снизу.

Ниже 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.

Подключение руля и педалей к компьютеру

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.

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.

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!

. Схема руля + для компьютера

2016-02-14

Схема руля + для компьютера

Руль и педали для компьютера своими руками - Компютеры и периферия - Статьи - Сайт промщиков-радиолюбителей Как Вы наверное знаете, играть в различные автомобильные симуляторы с помощью руля и педалей намного удобнее и реалистичнее чем на клавиатуре. Чтобы точно вписаться в поворот, не нужно многократно нажимать на кнопки клавиатуры, а просто плавно повернуть руль, насколько это требуется. Газ и тормоз тоже нуждаются в плавном управлении, поэтому педали являються обязательным дополнением к рулю. Конечно это очень далеко от реального вождения в реальном автомобиле, но попробовав играть с помощью компьютерного руля, вам больше не захочется играть с клавиатуры.

Конструкция рулевого модуля
Сама конструкция руля очень проста, и при наличии необходимых инструментов и материалов, смастерить в домашних условиях рулевой модуль совсем несложно.

Проектирование рулевого колеса

Центрирование рулевого колеса

Фиксатор рулевого модуля

Конструирование педалей

Механизм переключения передач Ручка переключение передач
Почти все современные автосимуляторы поддерживают «прямое» переключение передач: игрок, как в обычной механической коробке, переводит рычаг на нужную передачу. Для этого, в компьютерных рулях высокого класса делают рычаг прямого переключения на 6-7 передач. В данной статье я расскажу вам, как сделать семиступенчатый шифтер, выполненный в виде отдельного блока, закрепляемый в любом удобном месте отдельно от руля. Это будет устройство с «прямым» рычагом переключения передач на 6 скоростей (не считая заднего хода), имитирующее обычную механическую коробку передач.

Главный механизм делается по принципу обычного джойстика и позволяет рычагу наклоняться по оси X и Y.

Подрулевые шифтеры
Для переключения скоростей можно еще сделать подрулевые шифтеры, как на некоторых спортивных автомобилях и в «Формуле-1». Рычаги расположены на задней стороне руля и могут использоваться пальцами, позволяя не терять контакт с коробкой передач при повороте руля. Это устройство поддерживается всеми играми, так как для его работы достаточно двух кнопок.

Электрическая схема подключения

Калибровка

Оптика

Приятного времени суток, Господа. Многие из нас играли в различные симуляторы на компьютерах и других гаджетах. Но не у многих был специальный руль для компьютера, который был предназначен для увлекательный игры в симуляторы и гоночки. С ним игра казалась более реалистичнее и на нём более комфортно играть, чем на клавиатуре. Сегодня я вам покажу как сделать игровой руль на компьютер из картона и двух компьютерных мышек. Такой руль раз в 6 бюджетнее покупного, и он особо не отличается своей функциональностью.

Необходимые материалы:
- 2 компьютерные мышки
- плотный картон
- 2 хозяйственные губки
- клей

Испытание и изготовление игрового руля можно посмотреть на видео:

Шаг 1: На картоне циркулем делаем окружность- это будет будущий руль. Диаметр можно выбрать любой, хоть как на автомобиле ЗИЛ. Далее карандашом придаём более похожий вид рулю. И при помощи ножа вырезаем 4 таких заготовки, и ещё одну накладку как на фото.

Шаг 2: Все заготовки склеиваем друг с другом. Должен получиться удобный руль, который удобно и приятно держать.

Шаг 3: Далее нужно собрать подставку, где будет находиться мышка, и на чём будет крепиться руль. Собирал я её без чертежей, здесь можно обойтись без них.

Шаг 4: На руль приклеиваем деревянную цилиндрическую палочку. Можно сделать её из бумаги.

Шаг 5: Вырезаем отверстие диаметром чуть больше деревянной палочки. С другой стороны усиливаем картоном.

Шаг 6: Вставляем руль в отверстие и приклеиваем втулку из бумаги, как на фото. Она нужна чтобы руль всегда находился на своей оси.

Шаг 7: Приклеиваем подставки под мышку и устанавливаем её. Нужно сделать так чтобы лазер мышки плотно касался середины деревянной палочки. Если не касается, то подматываем изоленту на палочку. На этом этапе лучше проверить как работает руль на компьютере. Можно подключить и покрутить руль, курсор мышки должен
передвигаться в ту сторону в которую вы крутите руль. Если он крутится в противоположную сторону,нужно перевернуть мышку. После того как все проверили и убедились что всё работает приклеиваем крышку.

Шаг 8: Делаем педали. Из картона вырезаем заготовку как на фото.

Шаг 9: Берём ещё одну компьютерную мышку и под неё вырезаем держатель. Далее приклеиваем её на заготовку, которую делали в 8 шаге, и вставляем мышь. Затем приклеиваем хозяйственные губки. На педали приклеиваем небольшие прямоугольники из картона.