Педали с композитной загрузкой microR

[micro-flight]

Так как устройство всё таки делается, то решил выделить в отдельную тему. Это ветка посвящена созданию педалей с композитной загрузкой. На текущий момент сделана основная часть.

 

Вид сзади

 

Функционально это готовое устройство - одноосные педали с подключенным датчиком и установленными композитными пружинами загрузки, выполненные в виде самонесущего механизма. Для завершения ему требуется обвязка в виде корпуса и площадок педалей. Площадки педалей планирую сделать методом трехмерной печати из ABS пластика, а корпус лазерной резкой из фанеры и пенопласта.

Финальный внешний вид должен быть примерно таким.

 

Корпус это три детали, два фанерных листа и лист пенопласта - классический авиационный сендвич. 

 

 

Где то с неделю экспериментировал с отладкой взаимодействия с электронной частью.  Кинематика и решение узлов базируются на существующих педалях, которые на пару с джойстиком отработали уже свыше 967 часов. Механические тяги при этом работают без смазки. Так что перспективы по работоспособности и надежности неплохие.

По параметрам есть следующие цифры.

По диапазону калибровки 11754 отсчёта

 

По данным джойтестера 16384. Родную для контроллера утилиту запустить не могу, так как её запуск вызывает синий экран.

 

Надо отметить, что эти показатели довольно приблизительные, так как сильно зависят от положения датчика относительно магнита. В плате датчика отверстия позволяют довольно прилично двигать сенсор, поэтому может быть что угодно. Когда ставил не глядя были показатели и в 1400 отсчетов по джойтестеру и калибровочным данным, но сегодня вспомнил про этот момент и установил более точно, так что показатели пришли в норму. Калибровка при таком диапазоне получается, только если физически проверну ось и калибровочный ползунок установится на экране по центру. Тогда, можно просто сохранять и будет работать весь диапазон нормально от 0 до 100%.

 

Так как магнит вращается почти на 180°, то тоже применена редукторная схема. Полный ход рычагов от 0% до 100% составляет 22°. Иногда встречаю возражения в ненужности такого решения, как переусложнённого. Но это не так, потому что в результате я получаю ненагруженный узел датчика, который работает только в заданном диапазоне. И на него не влияют ни деформации конструкции, ни люфты. Кроме того, более полно используется диапазон датчика и ось получается более насыщенной. Например если взять диапазон в 22° и условное число отсчётов в 11000, то на 1° хода получается 500 отсчетов. Из них пусть 50-60 единиц будет джиттер и все равно остаются незадушенные честные 400 отсчетов которыми можно управлять. Если брать такой же диапазон, но уже с прямым съемом, потому что магнит будет расположен на оси вращения и, предположим, есть 4000 отсчётов, то на 1° получаем всего 181 отсчет,  минус джиттер в 50-60 единиц, то получаем всего чуть больше 100 отсчетов на градус, разница пусть не на порядок, но в разы. И при этом в таком случае потребуются и импользование мертвых зон, а даже 1% мёртвой зоны это еще приличный кусок вырывается из того, что можно было бы иметь. В РУДе, одну из осей делал прямого хода, с точно более чем 30° хода, там вообще было не очень с этим. Сильное сглаживание выше 4х, мертвые зоны по краям и динамическая мз где то 2%. В симах на вспомогательных осях работало в общем нормально, но для основной оси где требуются очень тонкие ньансы, она, конечно, не подходит. 

 

Механически центр получился нечеткий мягкий. Во первых так как пружины в этом состоянии легко отклоняются от мизерной нагрузки и полностью разгружены в этом положении. Приблизительная неточность возврата в центр сейчас 5-8%, но пружины не жестко закреплены, а стоят в пазах. И одна пружина получилась чуть более тонкой и может иметь люфт. С такой же проблемой сталкивался в джойстике, там вышел из положения установкой прижимной пластины. В педалях, пока делаются заказы тоже могу сделать. Но на текущих вообще нет никакой загрузки и не испытываю по этому поводу никаких проблем. Так что может при эксплуатации не будет заметно и тем более ногами. Но всё равно попробую.

[micro-flight]

Подгонка напечатанных деталей оказалась не очень простой, но собрал. Сейчас поставил на жесткую склейку с рычагами. Так сложнее будет снимать и шлифовать площадки, но это сейчас не актуально, так как надо собрать работающее устройство. 

Педали внезапно вышли не маленькими

 

Ширина по краям без нескольких миллиметров 45 см. Усадка при печати всё таки приличная.

 

Детали корпуса скорее всего заберу только завтра, потом еще сборка-склейка, примерки. Пока что сплошные вопросы, сомнения и неопределённость, как это всё будет работать.

Вес всего механизма + площадки составил ровно 1000 грамм. 

Изменено 15 марта 2021 пользователем micro-flight

[micro-flight]

Собственно говоря, на этом снимке есть всё, чтобы педали заработали.

 

Корпус очень простой и состоит из нескольких листов фанеры.

Нижний слой с пластиной усиления. Лучше, конечно, было бы поставить алюминевую-стальную пластину 0.5-1 мм (лучше алюминий), но эту просто вырезали попутно а самому как-то не хочется.

 

Сверху приклеивается пенопласт

 

И закрывает этот бутерброд еще один лист фанеры

 

Останется только сделать крепление платы, кожух и вклеить резинки в качестве ножек противоскольжения. 

Так как механика рабочая, площадки доделывать не надо, датчик установлен и эта часть проверена, то остаётся только проверка эргономики и после этого - финальная сборка, если доделки и переделки не потребуются. Но такой корпус стоит копейки, не жалко. 

[ver1ex]

Интересно, сколько эти педали могут стоить? 

[micro-flight]

6 часов назад, ver1ex сказал:

Интересно, сколько эти педали могут стоить? 

Печать обошлась в 2 т. детали корпуса что на фото в 650 руб, контроллер+датчик еще 2200. Но это обвес, самое затратное это механическая часть, считать можно только по человеко-часам, но так как это прототип, то не считал время. Средние-минимальные расценки на такого рода работы 500-600 руб/час. Наверно надо отталкиваться от этих значений. Но это тоже еще неточно, потому что когда делал модули РУДа, то считал в ч/ч, на первый затратил 20 часов (в основном поиск лучших подходов к обработке),  что дохрена, и это только узел. Получается только за какую-то ось 10000 руб и только за механику. Но вторую ось уже сделал за 5 ч/ч, что уже близко к вменяемой цене в 2500 руб за ось. Вообще, полагаю, что стоимость будет болтаться где то рыночных пределах.

 

Но сейчас мне их надо заставить работать. Вчера заклеил корпус, с утра прикрутил педали к нему. Получились следующие значения. Неожиданно, пара листов тонкой фанерки и пенопласт оказались тяжелее механической части и вес оказался 685 грамм. Конструкция целиком 1700 грамм, но нужен еще кожух, крепления провода, мелочевка всякая, думаю будет около 2 кг. Что на мой взгляд не очень. Но на фоне современных ручек для джойстиков, очень даже пристойно 

 

Поставил голую конструкцию на пол. Как и рассчитывал, нажатие на педаль не приводит к опрокидыванию корпуса. Но так как ножек нет, то он просто прокручивается примерно с 1/3 хода педали. Про нажать до упора не говорю. Пока жена не видит, поставил на её коврик для йоги, оказалось, что можно нормально двигать педалями. Значит надо исходить примерно из этого. 

 

По эргономике это именно классические вертикальные педали, управляются как нажатием стопой так и движением всей стопы. Места на корпусе под ноги вроде хватает. Попробовал в обуви, жать в 2/3 хода заметно легче, загрузка почти не ощутима, нога лучше фиксируется в заданном положении. Но, в случае если летать в обуви, надо немного стесать пятку как это делают пилоты бушфлайта.  На корпус можно встать, с моим весом (около 100 кг) ничего не происходит. Есть сомнения в прочности печатных частей и как выдержат консольные рычаги, но если ноги положить на педали, ничего плохого не происходит. Площадки можно сделать чуть уже, сзади имеется плоская стенка, если появится потребность прямо на ней можно разместить оси тормозов.

Думаю, как только найду материал под ножки, и если его окажется достаточно, то можно сразу тестировать в симуляторах, так как потребуется время и на привыкание и на изучение, а в процессе облёта и доделать остальное. 

[micro-flight]

Основное положение ног на педалях

 

Левая педаль до упора вперёд

 

Правая педаль до упора вперед

 

Можно поставить ногу под педаль для отдыха и подруливать одной педалью

 

В пределах 1/3 хода управлять можно движением стопы, для более энергичных манёвров или движения от упора до упора нужно сдвигать всю стопу. Путь который проделывает пятка в таком случае 8-9 см.

И небольшое окошко для того, чтобы была возможность юстировать магнит не разбирая педали. Можно поставить прозрачный лючок.

 

[1./NJGr.10Kopfjager]

правый левый тормоз?

 

[micro-flight]

4 минуты назад, II./JG51Grasser сказал:

правый левый тормоз?

 

Нет, не разрабатывал. Особой востребованности не было. 

[micro-flight]

Попользовался педалями в разных симуляторах. Хорошо и чувствуется большой потенциал. В ил2 на догфайте эффект заметен сразу, очередь кладется гораздо увереннее и вообще всё так упруго, как на воздушных потоках. Первое, на чём попробовал - это все вертолёты на которых летаю, потом догфайт. Контроль конечно потрясающий. 

Но, так как это просто еще не готовые педали и запустил их ради примерки, выяснил что летать неудобно, так как в нормальном положении ног они давят на площадки скорее пальцами, чем плюсной, а из-за этого через какое-то время возникает напряжение и неудобство. Рычаг опускать некуда, да и это сейчас означает переделку и с переделкой проблема именно в том, что нога располагается слишком низко. Что что-то подобное потребуется, предполагал раньше, но до детальной проработки не доходило. Сейчас, после опыта использования и экспериментов стало ясно и оформилось в конкретную деталировку. Предфинальный вид получился таким

Так определенно лучше и ногам будет комфортно и законченный внешний вид. Отдам детали на изготовление, на следующей неделе наверно смогу попробовать и этот вариант. 

[micro-flight]

Сделал подставки и успел полетать с ними. 

Вот как выглядят педали под столом

 

И с обратной стороны

 

Из пока нерешенных проблем. Педали сдвигаются, если давать полный ход всей ногой. Например при калибровке в симуляторе или вообще калибровке. Если при этом ноги водрузить на площадки, приложение сил меняется и они не сдвигаются-прокручиваются и можно давать большее усилие, но отрывается от пола передняя часть. Например при рулежке на миг-15 это не всегда удобно, так как педаль надо часто давать почти до упора. На прошлых то не было загрузки, как педаль выставил так и стоит.

Но. Качество управление выросло и выросло заметно. На том же миг15 легкобронированную наземку можно поражать одним 37 мм снарядом. То есть при желании можно настрелять больше 30 грузовиков на боекомплект пушки. В ил2 в онлайне летал только с подложенными книжками, если сегодня буду в состоянии - попробую. Остается сделать крепление  платы, крепление провода и кожух. Пенопластовые торцы пока не заклеиваю, так как пока это не актуально, сейчас важнее вопрос с удержанием педалей на месте. 

[micro-flight]

Некоторые промежуточные результаты. Постоянное сдвигание удалось победить простейшим способом: приклеил тонкую вспененную резину. Так как её мало, разбил на четыре куска по углам (не запланированные штатные места). Педали стали заметно устойчивее, а анализ показал, что основная доля неприятных ощущений от плохого кресла, оно постоянно заваливается (крепление надо бы приварить) и понемногу сдвигается. Но это проблема совсем другого рода. Также в поисках хоть каких-то решений я отключил левую пружину, усилия на одной пружине стали конечно легче, но, все равно очень упругие. Сейчас отлетал час на берлоге, заметил, что стал резко давать одну педаль если нужно РН до упора повернуть для выстрела, так как пружина все равно приличная по усилию, то можно одной ногой сильно давать педаль и при этом не просто давить её до упора, а давить весьма дозировано и контролируемо, что для стрельбы очень хорошо. Вторую ногу при этом можно вообще убирать. 

Изменено 28 марта 2021 пользователем micro-flight

[micro-flight]

Новые устройства обкатываю так, появляется неудобство, но не бросаюсь сразу в доработки а использую как есть и стараюсь приспособиться. Если неудобство или недостаток не проходят, значит это конструктивная ошибка и надо вносить изменения в конструкцию. Если проходит, значит это только вопрос адаптации и привыкания. Так и с педалями, внезапно включилось удобство, хотя уже подумывал об изменении конструкции. Результаты по управлению определенно растут и связь между появлениями конструкций и вносимых изменений очевидна, что говорит о правильности выбранного пути. И вот пример вчерашних полётов. Запись с игровой сессии 1 час 20 минут на Берлоге, довольно результативно закончил сессию с соотношением потерь-побед 3:33 или же killrate 11, что слегка выше обычных 3х. Как и писал раньше, устройство определённо должно немедленно повышать результат нивелируя собственные недостатки, только за счёт повышения качества управления. Джойстика, педалей с коротким угловым ходом более чем достаточно для хорошего результата. Необходимости в громоздких конструкциях и якобы повышения точности из-за увеличения размеров и линейных расходов - нет. Электронику и софт использую те же самые, что и в очень большом числе конструкций которые представлены на форуме, но имею с этого более высокую отдачу.

И пример  использования 

 

 

[pav62]

Цитата

 заметил, что стал резко давать одну педаль если нужно РН до упора повернуть для выстрела, так как пружина все равно приличная по усилию, то можно одной ногой сильно давать педаль и при этом не просто давить её до упора, а давить весьма дозировано и контролируемо, что для стрельбы очень хорошо. Вторую ногу при этом можно вообще убирать. 

Отсюда можно сделать вывод, что педали могут работать без особого ущерба для управления и без синхронной связи друг с другом. т.е. : "...левой ногой вы топчите один окурок, а правой-другой..." (С).

Цитата

Джойстика, педалей с коротким угловым ходом более чем достаточно для хорошего результата. Необходимости в громоздких конструкциях и якобы повышения точности из-за увеличения размеров и линейных расходов - нет.

Вот об этом можно поговорить. С тех пор как в авиации стали ставить необратимые Системы Управления (СУ), сразу же пришли к выводу, что без загрузки РУСа и педалей, пилотировать очень тяжело, и зачастую просто невозможно. Не ощущая нагрузки, лётчик не может точно выдерживать большенство режимов полёта, в особенности вести маневренный бой и прицеливание, да и в горизонтальном полёте, при попытке компенсировать случайное возмущение, может быстро произойти раскачка самолёта, и выход на предельные углы атаки, и соответственно, предельные перегрузки. Были проведены различные исследования, на предмет выбора оптимальных значений нагрузки на рычаги управления и величину их перемещений. И вот, что любопытно, во всех случаях, (а я читал как минимум 4 источника), пришли к такому мнению (в ЦАГИ например), что лётчик с бОльшей точностью пилотирует пользуясь РУСом у которого вообще нет хода, т.е. РУС неподвижен, к нему прикладываются только усилия, чем РУСом у которого есть какой угодно ход, но вообще нет усилий. Соответственно отсюда делается вывод, что первично, для точности управления, именно усилие, а не перемещение ручки и педалей. Так, что в твоём случае всё правильно, по науке так сказать.

Ну и картинка  по мотивам учебника "Аэродинамика маневренных самолётов"

Сканера нет так, что вручную, на вертикальной оси относительная ошибка, правда не указано в чём она измеряется. По горизонтальной оси- градиент усилия в КГ., т.е. какое усилие надо приложить к ручке для изменения перегрузки на одну единицу, знак минус говорит о том, что усилие тянущее (РУС на себя). 

Конечно, летают и на напольниках, и на настульниках, т.е с большими расходами ручки, и без загрузки тоже летают, предельный случай-мышеджой, там ни тактильного центра, вокруг которого строится движение, ни нагрузки. Однако если рассмотривать устройство управления в общем, как некоторую совокупность , то очевидно, что должна существовать какая то оптимальная концепция управления, главный критерий которого эффективность и эргономичность, ну а далее компактность , стоимость и т.д. уже будут производными от этой концепции. 

P.S.Картинка какая то маловатая, так вот оптимальный градиент там указан как 2кг на еденицу перегрузки.

 

[micro-flight]

7 часов назад, pav62 сказал:

Отсюда можно сделать вывод, что педали могут работать без особого ущерба для управления и без синхронной связи друг с другом.

В некоторых самолетах вроде Republic Seabee педали не имели обратного хода.  Градиент загрузки и лёгкость управления возле нуля важнее линейных расходов. Что практика и показывает.

[micro-flight]

Всё-таки захотелось добавить тормоза, прямо напрашиваются. Общая идея такая

 

Понял, что делать прямые оси без редукции это постоянно получать негативные эмоции, в плане недоделанности осей. Вроде ось как бы даже не второстепенная, а третьестепенная и может даже работает. Задушенная, с гигантскими МЗ и сглаживаниями, но работает. Но я так не хочу, разок попробовав сладкое, отказываться не хочется. Поэтому пусть каждая педаль будет полноценной осью высокого разрешения. Но с деталировкой пока проблемы, если повторять готовые узлы, то громоздко, а для компактности нужно хотя бы неделю свободных размышлений, а это не очень получается. Буду проектировать урывками.

[micro-flight]

Так как нужно было какое-то быстрое и простое решение для закрепления педалей, то попробовал собрать схему, в которой усилия запираются на себя. Физически это просто два листа фанеры с посадочным гнездом под педали и двумя отверстиями под колесики кресла.  Решения, в которых педали цепляются за колесики я видел, но те решения, что видел, меня не устраивали. Поэтому придумал свою схему, которая решает несколько задач: удерживает педали на заданной длине по отношению к креслу (длина не меняется, можно получать привычные усилия без небольших изменений которые могут сказываться на удобстве управления), устройство ориентирует педали в нужном направлении и защищает от проворота, за счёт увеличенной по сравнению с педалями площади педали не отрываются от пола даже при резком и сильном нажатии на педаль. 

 

Тестирую со вчерашнего дня и сегодня с утра, выявил следующие особенности. Сначала думал делать крепления которые прижимали бы корпус педалей к пластине, по результату не требуется, так как корпус плотно входит в слот. Если кресло присоединено, то пластина не мешает ставить ноги перед собой и вообще пользоваться столом как обычно, чтобы отсоединить, надо откатить кресло назад слегка привстав. Одно движение. Присоединение несколько более сложное, но наловчился делать быстро. Так как для пластины резина против скольжения пока не требуется, я просто выдвигаю педали, завожу колесики кресла в отверстия и сажусь. Дальше просто подвигаюсь ближе к столу в удобное положение, педали сдвигаются вместе с креслом, единственное что надо еще сделать, выправить ногой их положение, так как крестовина кресла проворачивается. 

В текущем виде устройство это две склеенные фанерные пластины общей толщиной 12 мм, но можно делать и одну пластину даже в 4 мм, главное окошки под колесики чтобы были с бортиками и какое то крепление под сами педали. Небольшая практика показала, что можно давать резко педаль, например при стрельбе на проходе, если незакрепленные педали могли неожиданно сдвинуться, то сейчас такого нет. Можно не только делать точные движения стопой, но и более широкие движением голени. Можно ставить ноги на педали, очень удобно при рулёжке миг-15 в DCS. В той системе рычагов которая образуется, вытолкнуть кресло ногами не получается, так как колесики под нагрузкой и не могут преодолеть такое препятствие, но при этом могут попадать в окошки в разных положениях, что сокращает время установки.

Вчерашние 1.5 часа догфайта на Берлоге также показали полезность такого устройства. Оно как бы есть, но его как бы и нет, но функция (ограничение движения) присутствует (С точки зрения ТРИЗ сильное решение). Очень хорошее решение, но реализация которого может иметь много ньюансов, поэтому нуждается в проработке и изучении. На снимке перемещения ног выглядят небольшими, снимал видео (плохо получалось под столом), на вертолетах выглядит как едва заметное шевеление. Но по ощущениям, совершенно по другому, потому что там стоит мощная прогрессирующая загрузка и ощущение большего хода получается из-за того, что приходится преодолевать возрастающую загрузку. 

 

[micro-flight]

Ограничитель работает, можно теперь думать и над компактностью. Включил вторую пружину. Усилия возросли, но так как загрузка прогрессирующая, то так даже лучше и натуральнее, как будто лежишь на воздушных потоках, особенно в энергичном маневрировании.

[micro-flight]

Попробовал сделать для педалей вот такую штучку

 

Это такой вариант успокоителя-доводчика. Не то, чтобы он нужен именно на этих педалях, на них после резкого отпускания и так нет раскачки, но просто крепления позволяют и можно заранее, до продумывания печатной пружины для джойстика, изучить применение.

Пружина печаталась из ПЭТ пластика, вставляется в паз станочного профиля, а сверху надевается на крепление пружины. Но, оказалось если поставить обе пружины и давить на педали до ограничителя, то верхнее крепление просто соскакивает, поэтому приклеил на циакриновый клей. Основная идея подобной пружины состоит в том, что композитная пружина работает не до ограничителя, как например пружина в клещевой механике, а работает до восстановления формы. То есть, пока пружина прямая и я начинаю прикладывать усилие, то она в начальном положении легко изгибается, но с возрастанием угла отклонения, она начинает сильнее сопротивляться и при отпускании возвращается в исходное положение. Но, так как усилие страгивания нулевое, а тут есть система рычагов и много узлов на подшипниках скольжения, то силы трения возникающие в них, могут препятствовать точному возврату в центр. Поэтому появилась идея простого доводчика который бы работал в около нулевой зоне. 

 

Общий вид

 

Идея вышла рабочей, возврат в центр более уверенный. Пока что пределах нескольких процентов. В целом, по ощущениям изменения минимальны, но добавилась еще какая-то приятная упругость. При резком отпускании, отсчеты просто возвращаются назад, без перескакивания через центр. 

Чтобы установить две пружины, достаточном оказалось снять левый рычаг. Так как с весны, или даже зимы не смотрел, что с механикой интересно было посмотреть на изменения. Их нет. При прошлой сборке решил добавить смазки, чтобы посмотреть изменится ли точность возврата в центр. Тогда, нанесение небольшого количества литола ничего не дало, ни по ощущениям, ни по цифрам. Сейчас следов смазки даже не обнаружил. Потому эксперименты со смазками можно прекратить, она в такой механике не нужна.

Еще из минусов обнаружил следующее: почему то постоянно ослабевали винты прижимающие пружины на левой педали. Пружина стоит в кармане, её прижимает пластина на которую давит винт. С правой педалью ничего. С левой винт верхний и нижний постоянно откручивались и часто менялось ощущение упругости. Сейчас просто подклеил верхнюю пластину и винты. Но, еще на левой педали стоит косой рычаг противохода. Дело в том, что я изначально проектировал конструкцию как максимально плоскую и низкого профиля. И в таком варианте нижний прямой рычаг выходил за пределы механизма. Но практика показала, что педали надо наоборот поднимать, для лучшей комфортности и эргономике. Потому можно будет вернуться и к прямому рычагу. 

Это не то, чтобы принципиально, но по факту такой косой рычаг дает все равно немного другое усилие и именно при нажатии на левую педаль, она не возвращалась в центр в отличии от случая, когда я отдельно нажимаю правую педаль и отпускаю. Хотя люфтов не ощущается, допуски очень небольшие и по идее кинематика достаточно жесткая, но тем не менее, наблюдалось. 

Суммарная наработка педалей превысила 150 часов. Отдельно статистику, как по джойстику не веду, просто отметил по времени наработки джойстика, поэтому данные косвенные, учитывают только 2 симулятора.