Od razu napiszę, żeby nie było nieporozumień: piszę tutaj wyłącznie o joystickach tradycyjnych nie posiadających układu FF, jako, że w chwili obecnej układ ten wymusza mniejszą precyzję o ponad połowę (max 512 punktów).
Rozpoczynając prace projektowe nad joystickiem pierwszą rzeczą jaka przychodzi do głowy, jest pytanie – czy zrobić joystick podłączany pod USB, czy może pod port MIDI ?
No cóż GamePort odchodzi powoli do lamusa, żadna z nowych płyt głównych już go nie ma, zamieniony został na większą liczbę bardziej uniwersalnych wejść USB i FireWire, poza tym na MIDI możemy zrobić kontroler z 4 przyciskami i 4 osiami, by mieć więcej musimy i tak w jakiś sposób zakodować informacje z joy’a a potem dekodować je jakimiś sterownikami. Zbudowanie zaawansowanego joysticka USB jest dużo łatwiejsze, szczególnie od czasu gdy dostępne są plany układów Mjoy, nie wymagające żadnych dodatkowych sterowników, wymagają tylko lutownicy i kilkunastu elementów elektronicznych.
Precyzja joysticka oczywiście zależy od ilości danych jakie jesteśmy w stanie przesłać – w wypadku MIDI były to wartości 16 bitowe czyli cały zakres ruchu joy’a można było podzielić na 32768 punkty, czyli przyjmując że joystick ma zakres ruchu równy 40 stopniom od jednego krańcowego położenia do drugiego, mamy rozdzielczość dochodzącą do 0.0013 stopnia. Jest to totalny Overkill w wypadku joysticków jakie normalnie możemy zakupić, gdyż żaden nie ma aż tak dobrych potencjometrów, które mogłyby wychwycić taka zmianę kąta. W wypadku klasycznych konstrukcji pod USB ilość informacji jest ograniczona do 10 bitów na oś, co daje nam 1024 punkty, czyli możemy mierzyć z dokładnością do 0.04 stopnia , co w wypadku konstrukcji dostępnych w sklepie nadal jest wartością jedynie teoretyczną, gdyż jakość użytych w nich potencjometrów również pozostawia wiele do życzenia i nie wydaje mi się by były w stanie zmierzyć wychylenie z dokładnością większą od 0.2 stopnia. Gdybyśmy zagłębili się w kod źródłowy Mjoy’a prawdopodobnie moglibyśmy zmienić go by całą przepustowość wykorzystywaną na 6 osi była wykorzystywana tylko przez 2, co oczywiście skutkowałoby 12 bitami danych na oś i dokładnością do 0.014 stopnia. I natrafiamy na pierwsza barierę jaką jest czułość potencjometrów – oczywiście jest zbyt mała !
W tym momencie możemy sięgnąć po coś innego lub po potencjometry wyższej klasy.
Potencjometry precyzyjne, które być może dały by nam możliwość dojścia do takiej precyzji pomiarów niestety tanie nie są, a ich ceny zaczynają się od 200 euro, a potrzebujemy takie dwa
możemy oczywiście zrobić przekładnię pozwalającą na wykorzystanie większego zakresu potencjometru, jednakże komplikuje to budowę i należy pamiętać przy jej konstruowaniu by uwzględnić mechanizm kasowania luzów.
Co mamy oprócz potencjometrów oporowych ? Mamy czujniki halla, „potencjometry optyczne” i tensometry.
Czujniki halla oczywiście tanie nie są, choć mają całkiem niezłą renomę jako dodatek do Cougara dlatego nie będę ich tutaj opisywał.
Natomiast przy optyce zatrzymam się na chwilę gdyż sprawa wymaga omówienia i jest całkiem ciekawa. Zastosowanie tzw „optycznych potencjometrów” pozwala na stworzenie joysticka prawie całkowicie „care free” teoretycznie taki układ nigdy się nie zajeździ i nigdy nie straci na precyzji, stosowany jest w takich machinach jak Saitekowskie X52 i EVO Force, oraz nie produkowanych już joystickach Microsoftu – Precision i Sidewinder. Czymże jest ten potencjometr optyczny? A no niczym szczególnym, jeżeli ktoś kiedyś rozbierał mysz kulkową, cała zabawka składa się z ośki, na której jest tarcza ze szczelinami, przez które świecą niesymetrycznie ustawione diody IR , światło przechwytują receptory i wysyłają jako impuls do układu zbornego, który liczy te impulsy i według kolejności ich przychodzenia stwierdza, czy ruch odbywa się w lewo, czy w prawo. Wszystko ładnie, pięknie, ale problemem jest precyzja i rozmiary. Jeżeli chcemy większej precyzji, musimy zrobić więcej szczelin i o mniejszej ich szerokości – oczywiście tutaj w pewnym momencie trafiamy na problem technologiczny, bo nie możemy zejść poniżej pewnej szerokości otworów, oraz konstrukcyjny, bo nagle tarcza zaczyna nam zajmować tyle miejsca co joystick – w zasadzie nie tędy droga, powszechnie korzysta się z przekładni zwielokratniających prędkość obrotu , tutaj natrafiamy na kolejny problem jakim są luzy na kołach zębatych (potrzeba ich kasowania) oraz rozmiary tychże przekładni.
Dla przykładu – dla konstruowanego przeze mnie joy’a doszedłem do wniosku iż zaprojektuje go tak by możliwe były wychylenia o maksymalnie 25 stopni, a sama wajcha będzie miała około 30cm wysokości, co w efekcie daje mi dokładność pomiaru do 0.25mm ruchu przy wykorzystywaniu tylko 10 bitów informacji na oś. Jest to wartość w miarę normalna i w pełni można wykorzystać taką dokładność… problemem natomiast staje się układ mający to wychwycić. Nagle okazało się, że gdybym skonstruował potencjometr optyczny z talerzem z 36 otworami, to musiałbym wykonać do niego przekładnię zmieniającą szybkość obrotu 1:200 ! Absurd. I od razu wiadomo dlaczego czujniki zastosowane w X52 nie przypadają ludziom do gustu – po prostu mają o wiele za małą precyzję !
Na koniec pozostał nam pomiar siły przyłożonej na drążek, czyli system znany z F-16 plusem jest wystarczająca precyzja i łatwość wykorzystania, problem pojawia się w trakcie użytkowania W F-16 joystick porusza się o bardzo mały zakres, aby dać pilotowi choć trochę informacji co robi, jednakże ilości siły my sami nie możemy przecież zmierzyć i nie wiemy czy nie dajemy jej za dużo – to jest zawsze największy problem młodych pilotów na tych maszynach. Rozwiązanie tego problemu jest bardzo proste – zastosować system znany z samolotów F-15, F-14D i F/A-18– to są samoloty systemami kontroli lotu półaktywnymi i aktywnymi FBW. Ich drążki poruszają się jak w klasycznych myśliwcach, jednakże nie mierzy się ich wychylenia. Wychylają się tylko dlatego by pilot dokładnie wiedział co robi z maszyną, a w wypadku gdy układy FBW zawiodą, by mógł działać z wystarczającą siła na stery poprzez awaryjne połączenia mechaniczne. Informacje dla FBW zbiera układ identyczny z tym stosowanym na F-16 – mierzącym siłę na drążku. Im drążek dalej wychylamy, tym układ go centrujący działa z większą siłą = musimy większa siłę przyłożyć by go pokonać i ta siła jest właśnie mierzona. Oczywiście nadal problemem pozostaje cena tensometrów, jednakże będąc tańsze od czujników halla i potencjometrów precyzyjnych, a posiadające większą dokładność niż układy optyczne dają nam spore możliwości.
Tyle na temat najważniejszego elementu w naszych joyach, reszta jest już prosta.
