Введение
Рукоятка управления, используемая в самолетах и видеоиграх. Джойстик, иногда называемый ручкой управления полетом, является устройством ввода, состоящим из палки, вращающейся на основании, и передающей угол или направление управляемому устройству. Джойстик, также известный как штурвал, является основным органом управления в кабинах пилотов многих гражданских и военных самолетов, как центральный, так и боковой. Он оснащен различными переключателями для управления функциями самолета, которыми управляют пилот и второй пилот. Джойстики часто используются для управления видеоиграми и обычно имеют одну или несколько кнопок, состояние которых также может считываться компьютером. Популярной разновидностью джойстика, используемого в современных игровых консолях, является аналоговый стик. Джойстики также применяются для управления машинами, такими как краны, грузовики, подводные беспилотные аппараты, инвалидные коляски, камеры наблюдения и газонокосилки с нулевым радиусом поворота. Миниатюрные джойстики, управляемые пальцами, используются в качестве устройств ввода для небольшого электронного оборудования, например, мобильных телефонов.
A joystick, sometimes called a flight stick, is an input device consisting of a stick that pivots on a base and reports its angle or direction to the device it is controlling. A joystick, also known as the control column, is the principal control device in the cockpit of many civilian and military aircraft, either as a centre stick or side stick. It has various switches to control functions of the aircraft controlled by the Pilot and First Officer of the flight. Joysticks are often used to control video games, and usually have one or more than one push buttons whose state can also be read by the computer. A popular variation of the joystick used on modern video game consoles is the analog stick. Joysticks are also used for controlling machines such as cranes, trucks, underwater unmanned vehicles, wheelchairs, surveillance cameras, and zero turning radius lawn mowers. Miniature finger operated joysticks have been adopted as input devices for smaller electronic equipment such as mobile phones.
Авиация
Джойстики изначально разрабатывались как органы управления элеронами и рулями высоты самолетов и впервые были применены в таком качестве на самолете Louis Bleriot Bleriot VIII в 1908 году, в сочетании с педальным управлением рулем направления на хвостовом оперении.
Происхождение
Название «джойстик», как считается, происходит от французского пилота начала 20-го века Роберта Эсно Пелтери. Существуют также конкурирующие версии авторства, приписываемые пилотам Роберту Лорейну, Джеймсу Генри Джойсу и А. Э. Джорджу. Оксфордский словарь английского языка ссылается на Лорейна, который использовал термин «джойстик» в своем дневнике в 1909 году, когда он поехал в Пау, чтобы научиться летать в школе Блерио. Джордж был пионером авиации, который вместе со своим коллегой Джоблином построил и испытал биплан в Ньюкасле, Англия, в 1910 году. Рулевая колонка самолета Джорджа и Джоблина хранится в коллекции Музея открытий в Ньюкасле-на-Тайне, Англия. Джойстики присутствовали в первых самолетах, хотя их точное механическое происхождение остается неясным. Изобретение термина «джойстик», вероятно, следует приписать Лорейну, поскольку он является автором самого раннего известного использования этого термина, хотя он, безусловно, не изобрел само устройство.
История
Электрический двухкоординатный джойстик был изобретен К. Б. Мириком в Научно-исследовательской лаборатории ВМС США (NRL) и запатентован в 1926 году (U.S. Patent no. 1,597,416). В то время NRL активно разрабатывала дистанционно управляемые самолеты, и джойстик, вероятно, использовался для поддержки этих работ. В патенте Мирик пишет: "Моя система управления особенно пригодна для маневрирования самолетом без пилота". Немцы разработали электрический двухкоординатный джойстик примерно в 1944 году. Он использовался как часть немецкой радиопередающей системы Funkgerät FuG 203 Kehl, применяемой на некоторых немецких бомбардировщиках для управления как ракетой Henschel Hs 293 с ракетным ускорителем, так и беспилотным, пионерским высокоточным боеприпасом Fritz X против морских и других целей. В системе Kehl джойстик использовался оператором для наведения ракеты на цель. Этот джойстик имел переключатели включения/выключения вместо аналоговых датчиков. И Hs 293, и Fritz X использовали радиоприемники FuG 230 Straßburg для передачи сигналов управления от Kehl к рулевым поверхностям боеприпасов. Аналогичный джойстик применялся в современных американских управляемых боеприпасах Azon, исключительно для бокового управления боеприпасом по оси рыскания. Это немецкое изобретение было перенято одним из ученых, работавших в Heeresversuchsanstalt в Пеенемюнде. Там часть команды немецкой ракетной программы разрабатывала ракету Wasserfall – вариант ракеты V-2, первую ракету класса "земля-воздух". Рулевое оборудование Wasserfall преобразовывало электрический сигнал в радиосигналы и передавало их ракете. В 1960-х годах джойстики получили широкое распространение в системах радиоуправляемых моделей самолетов, таких как Kwik Fly, разработанная Филлом Крафтом (1964). Позднее компания Kraft Systems стала важным OEM-поставщиком джойстиков для компьютерной индустрии и других пользователей. Первое применение джойстиков за пределами индустрии радиоуправляемых самолетов, возможно, было в системах управления электроколясками, например, Permobil (1963). В этот период NASA использовала джойстики в качестве органов управления в рамках миссий "Аполлон". Например, тестовые модели лунных посадочных модулей управлялись с помощью джойстика. Во многих современных авиалайнерах, например, во всех самолетах Airbus, разработанных начиная с 1980-х годов, джойстик получил второе дыхание в системе управления полетом в виде "боковой ручки" – контроллера, похожего на игровой джойстик, но используемого для управления полетом вместо традиционного штурвала. Боковая ручка позволяет снизить вес, улучшить обзор и маневренность в кабине пилота, а также может быть безопаснее штурвала в случае аварии.
Электронные игры
Ральф Х. Бейр, изобретатель консоли Magnavox Odyssey, выпущенной в 1972 году, создал первые джойстики для видеоигр в 1967 году. Они позволяли управлять горизонтальным и вертикальным положением точки, отображаемой на экране. Самый ранний известный электронный игровой джойстик с кнопкой стрельбы был выпущен Sega в составе их аркадной игры Missile 1969 года – игры-симулятора шутера, в которой он использовался как часть ранней схемы двойного управления: две направленные кнопки отвечали за перемещение моторизованного танка, а джойстик – за стрельбу и управление ракетой по самолётам противника, отображаемым на экране. При попадании в самолёт на экране отображался взрыв, сопровождаемый звуковым эффектом. В 1970 году игра была выпущена в Северной Америке под названием S. A. M. I. компанией Midway Games. В то же время, многонаправленный шутер Western Gun 1975 года представил управление двумя стиками: один восьмисторонний джойстик для движения и другой – для изменения направления стрельбы. В Северной Америке игра вышла под названием Gun Fight от Midway. В 1976 году Taito выпустила Interceptor – ранний боевой симулятор полётов от первого лица, в котором игроку предстояло пилотировать реактивный истребитель, используя восьмисторонний джойстик для наведения перекрестия прицела и стрельбы по вражеским самолётам. Джойстик Atari CX40, разработанный для Atari Video Computer System 1977 года, являлся цифровым контроллером с одной кнопкой стрельбы. Порт для джойстика Atari на долгие годы стал де-факто стандартной спецификацией цифровых джойстиков. Джойстики широко использовались в качестве контроллеров в игровых консолях первого и второго поколений, но с появлением Nintendo Entertainment System и Master System в середине 1980-х годов их вытеснили более привычные геймпады, хотя джойстики – особенно в аркадном стиле – оставались и остаются популярными дополнительными устройствами для любой консоли. В 1985 году аркадный rail shooter от третьего лица Space Harrier от Sega представил настоящий аналоговый рычаг управления полётом, используемый для движения. Джойстик мог регистрировать движение в любом направлении, а также измерять степень отклонения, что позволяло персонажу игрока двигаться с разной скоростью в зависимости от силы нажатия в определённом направлении. Вариацией джойстика является поворотный джойстик. Это гибрид джойстика и ручки, позволяющий перемещать джойстик в различных направлениях и одновременно вращать его. Он в основном используется в аркадных shoot 'em up играх для управления как восьмисторонним движением игрока, так и 360-градусным направлением стрельбы. Он был представлен компанией SNK, изначально с танковым шутером TNK III (1985), а затем стал популярен благодаря run and gun игре Ikari Warriors (1986). Отличительной разновидностью аналогового джойстика является позиционный пистолет, который работает иначе, чем световой пистолет. Вместо использования световых датчиков, позиционный пистолет по сути является аналоговым джойстиком, установленным в фиксированном месте, который записывает положение пистолета для определения точки прицеливания игрока на экране. Он часто используется в аркадных играх с оружием, ранние примеры включают Sea Devil от Sega (1972), Attack от Taito (1976), Cross Fire (1977) и Battle Shark от Nintendo (1978). В 1990-х годах джойстики, такие как CH Products Flightstick, Gravis Phoenix, Microsoft SideWinder, Logitech WingMan и Thrustmaster FCS, были востребованы среди игроков на ПК. Они считались обязательным условием для симуляторов полётов, таких как F 16 Fighting Falcon и LHX Attack Chopper. Джойстики стали особенно популярны с успехом симуляторов космических полётов, таких как X Wing и Wing Commander, а также 3D-шутера Descent с "шестью степенями свободы". Джойстик MongoosT 50 от VirPil Controls был разработан для имитации стиля российских самолётов (включая Sukhoi Su 35 и Sukhoi Su 57), в отличие от большинства лётных джойстиков. Однако с начала 21-го века эти типы игр потеряли популярность и теперь считаются "мёртвым" жанром, что привело к тому, что игровые джойстики стали нишевым продуктом. С конца 1990-х годов аналоговые стики (или thumbsticks, из-за управления большими пальцами) стали стандартными на контроллерах для игровых консолей, популяризированными контроллером Nintendo 64, и способны определять смещение стика от нейтрального положения. Это означает, что программному обеспечению не нужно отслеживать положение или оценивать скорость перемещения элементов управления. Эти устройства обычно используют потенциометры для определения положения стика, хотя некоторые новые модели вместо этого используют датчик Холла для повышения надёжности и уменьшения размера. В 1997 году ThrustMaster, Inc. представила 3D-программируемый контроллер, который интегрировался в компьютерные игры для получения опыта полётов. Эта линейка адаптировала несколько аспектов RHC (Rotational Hand Controller) от NASA, используемого для методов посадки и навигации. В 1997 году компания CH Products произвела первый игровой джойстик с тактильной обратной связью (haptics) по лицензии от Immersion Corporation, разработчика этой технологии. За этим последовали джойстики с тактильной обратной связью от Logitech, Thrustmaster и других компаний, также по лицензии от Immersion.
Аркадные палочки
Аркадный стик — это контроллер большого формата, предназначенный для использования с домашними консолями или компьютерами. Он воспроизводит схему управления, использующую стик и кнопки, как в некоторых аркадных автоматах, особенно тех, что имеют сложные раскладки кнопок. Например, шестикнопочную схему управления аркадных игр Street Fighter II или Mortal Kombat неудобно эмулировать на стандартном консольном геймпаде, поэтому для этих игр были выпущены лицензированные аркадные стики для домашних консолей и ПК.
Выключатель шляпы
Ключ для шляпы — это элемент управления на некоторых джойстиках. Он также известен как переключатель POV (point of view, точка обзора) в электронных играх, где он позволяет осматриваться в виртуальном мире, просматривать меню и т. п. Например, многие авиасимуляторы используют его для переключения видов игрока, а в других играх он иногда заменяет D-pad. Компьютерные геймпады, оснащенные как аналоговым стиком, так и D-pad, обычно назначают коды сканирования переключателя POV последнему. Термин "ключ для шляпы" является сокращением от "coolie hat switch" (переключатель-кули), названного так из-за сходства с соответствующим головным убором. В настоящем самолете переключатель может управлять такими элементами, как элероны или трим лифта.
Камеры
Помимо кнопок, колес и дисков, а также сенсорных экранов, для эффективного ручного управления камерами широко используются миниатюрные джойстики.
Промышленные применения
В последнее время джойстики получили широкое распространение во многих промышленных и производственных приложениях, таких как краны, сборочные линии, оборудование для лесного хозяйства, горные самосвалы и экскаваторы. Фактически, спрос на использование таких джойстиков настолько высок, что они практически вытеснили традиционные механические рычаги управления почти во всех современных гидравлических системах. Кроме того, большинство беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и дистанционно управляемых подводных аппаратов (ДУПА) требуют как минимум один джойстик для управления самим аппаратом, бортовыми камерами, датчиками и/или манипуляторами. Ввиду интенсивной эксплуатации и сложных условий работы в подобных приложениях, промышленные джойстики, как правило, более прочны, чем обычные игровые контроллеры, и способны выдерживать большое количество циклов. Это привело к разработке и внедрению датчиков на эффекте Холла в 1980-х годах как средства бесконтактного определения положения. Несколько компаний производят джойстики для промышленных применений, используя технологию эффекта Холла. Другой технологией, применяемой при разработке джойстиков, является использование тензодатчиков для создания силовых преобразователей, выходной сигнал которых пропорционален приложенной силе, а не физическому смещению. Миниатюрные силовые преобразователи используются в качестве дополнительных элементов управления на джойстиках для выбора пунктов меню. Некоторые крупные производители джойстиков способны изготавливать рукоятки и накладки джойстиков по индивидуальным требованиям OEM, в то время как небольшие региональные производители часто специализируются на продаже стандартной продукции по более высоким ценам небольшим OEM-заказчикам.
Помощные технологии
Специализированные джойстики, относящиеся к категории вспомогательных технологий для управления указателем, используются для замены компьютерной мыши людям с выраженными физическими ограничениями. В отличие от игровых, эти джойстики служат для управления курсором. Они часто оказываются полезными людям с атетоидными состояниями, например, при церебральном параличе, которым их удобнее удерживать, чем стандартную мышь. Миниатюрные джойстики также доступны для людей с заболеваниями, сопровождающимися мышечной слабостью, такими как мышечная дистрофия или боковой амиотрофический склероз. Кроме того, они применяются для управления электрическими инвалидными колясками, поскольку представляют собой простой и эффективный способ управления.