Педаль сцепления для игрового руля своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 04.10.2024

Доброго времени суток, форумчане. Продолжая свое немного бомже-приключение по просторам сим-рейсинг комьюнити и не желая отдавать 60 долларов за игрушечный g-shifter, я решил совместить, что называется, приятное с полезным и собрать свой. На бумаге все просто и описано в видосе от amstudio. Была найдена 7-ми ступенчатая плита для данного девайса(не помню уже даже где, искал с месяц назад), в местных магазинах за гроши были найдены все необходимые металлические детали, usb плата была найдена у китайцев за 7 баксов с проводами, включая доставку. Доступ к 3Д принтеру есть, осталось только собрать? А вот тут хочу уточнить пару вещей.
1) Из чего печатать? Из доступного PLA, PETG и NYLON, но NYLON дорогой, а я скупой. У этих материалов предел прочности в принципе одинаковый, в районе 7000+ psi, разница в поведении под нагрузкой. PETG довольно гибкий, что позволяет ему выдерживать большие продолжительные нагрузки, но не повлияет ли это отрицательно на конструкцию в целом? То есть не придется ли мне стабильно раз в пару месяцев перепечатывать плиту передач из-за того что она тупо деформируется?
2) Возможно ли адаптировать данный агрегат под использование с Logitech G920? Найти распиновку коннектора DB9 на лоджитеках легко, но лоджитеки используют потенциометры в своем шифтере, а не кнопки как в этой DIY задумке, что накладывает сложности. Это на самом деле не критично практически во всех играх, так как для консолей я использую GIMX, а на ПК большинство игр поддерживают несколько устройств. Единственное где данная фича была бы реально полезна - FH4/FM7, так как там нет такой поддержки насколько я знаю.
3) Есть ли в этом реальный смысл или лучше взять лоджитековский шифтер (есть бу за 40 бачей) и заменить в нем пружину на потуже? Руки просто больно уж чешутся свое сделать, но если оно окажется хуже чем шифтер лоджитеков, это будет фиаско)
В остальном я готов самоделить, заранее спасибо за советы.

ПО вашим многочисленным просьбам делаю простой руль для компьютера, из сантеха и китайских компонентов. Руль без отдачи, просто баранка + педали + ручник. В проект можно без проблем добавить коробку передач и вообще любые другие кнопки или крутилки. Фишки:

Энкодер в оси руля
Педали-потенциометры
Функция калибровки
Сброс позиции руля кнопкой

ВИДЕО

КОМПОНЕНТЫ

Каталоги ссылок на Алиэкспресс на этом сайте:

Стараюсь оставлять ссылки только на проверенные крупные магазины, из которых заказываю сам. Также по первые ссылки ведут по возможности на минимальное количество магазинов, чтобы минимально платить за доставку. Если какие-то ссылки не работают, можно поискать аналогичную железку в каталоге Ардуино модулей . Также проект можно попробовать собрать из компонентов моего набора GyverKIT .

После выхода трех частей серии статей "Недорого и сердито" в мой электронный почтовый ящик "свалилось" немало писем с вопросами: "А можно ли хоть каким-то образом сделать более-менее приличный руль в комплекте с педалями собственными руками и в домашних условиях?".
Отвечаю: Да!
Это не слишком просто, но, тем не менее, вполне реально.
Главное — найти на радиорынке или у друзей три переменных резистора (номиналы читайте в тексте статьи), а также иметь хоть какой-то опыт пользования мелким столярно-слесарным инструментом и паяльником.
Про то, что у вас должен быть компьютер и вы должны хоть немного знать, из чего он состоит, я уже не говорю. Это, как говорится: "по умолчанию".
Итак, если все вышеприведенные условия вами соблюдены и вы готовы приняться за дело, начнем!

Как все это работает
Большинство персональных компьютеров, используемых для игр, имеет звуковую карту.
На этой карте есть геймпорт, в который можно подключать джойстики, геймпады, рули, миди-клавиатуры и прочие мультимедиа-устройства. Все эти девайсы используют возможности игрового порта практически одинаково — разница лишь в конструкции устройства, а пользователь уже выбирает то, что ему более близко, исходя из его любимого игрового жанра (авиасимуляторы, автосимуляторы, аркады и пр.).
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, скорее всего, вы наверняка обнаружите там точно такой же разъем, как показан на рисунке 1.
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. Причем, знайте, что при использовании геймпорта на звуковой плате нужно избегать подключений к иголкам 12 и 15. Звуковая плата использует эти выходы для midi, соответственно, на передачу и прием.
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 (он же "газ") и тормозом (разъяснять, думаю, не надо). 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.
Если немного посидеть, поразбираться, то вся структура и собственно идея геймпорта станет понятна вам в достаточно полной мере, а это значит, что в дальнейшем для вас не составит особенного труда самолично спроектировать любое игровое устройство (вокруг основных двух сопротивлений и четырех выключателей), а именно: рулевые колеса, рукоятки мотоцикла, контроль тяги самолета — в общем, лишь бы фантазии хватило.

Рулевой модуль.
В этом разделе будет рассказано, как сделать основной модуль руля, а именно: настольный кожух, содержащий почти все механические и электрические компоненты руля (сама электрическая схема будет разъяснена ниже).
На рисунках 2 и 3 показаны общие планы модуля (без механизма переключения передач) как "вид сбоку" и "вид сверху". Для придания прочности всей конструкции модуля используется короб со скошенными углами из 12-миллиметровой фанеры, к которому спереди прикреплен 25-миллиметровый (далее — "мм") выступ для крепления к столу.

(1 — рулевое колесо 2 — ступица колеса 3 — вал (болт 12 мм x 180 мм) 4 — винт (держит подшипник на валу) 5 — 12 мм подшипник в опорном кожухе 6 — центрирующий механизм 7 — болт-ограничитель 8 — шестерни 9 — 100 кОм линейный потенциометр 10 — фанерная основа 11 — ограничитель вращения 12 — скоба 13 — резиновый шнур 14 — угловой кронштейн 15 — механизм переключения передач)

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 другое 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 и быть при этом простым и компактным. Для его реализации можно использовать несколько вариантов, здесь же будет описан лишь один из них.
Механизм, изображенный на рис. 4, 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 300 мм (14) прикрепляется болтами к основе модуля. Этот кронштейн служит для нескольких целей, а именно:
— является местом крепления резинового шнура центрирующего механизма (два болта m6 по 20мм в каждом конце).
— обеспечивает надежную точку блокирования вращения колеса.
— усиливает всю конструкцию в момент натяжения шнура.
Болт-ограничитель (7) m5 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 надеть резиновые трубочки. Если нужен меньший угол поворота, тогда в кронштейн можно 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 из окончательно вышедшего из строя 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 вы не желаете заниматься математикой и не против, чтобы ваш руль вращался лишь в диапазоне 270 градусов, то вал с потенциометром можно соединить напрямую.

Переключение передач
Рычаг коробки передач представляет собой алюминиевую конструкцию (см. рисунок 5).
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 6 и 7.
На рисунке 8 показан альтернативный механизм переключения передач. Он расположен на руле, как в болидах Формулы 1. Здесь используются два маленьких шарнира (4), которые установлены на ступицу колеса.
Рычаги (1) крепятся к шарнирам таким способом, чтобы они могли двигаться только в одном направлении, то есть "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.

Педали

Основа модуля делается аналогично модулю руля из 12 мм фанеры с поперечиной из твердой древесины (3) для крепления пружины возврата. Пологая форма основы служит подставкой для ног. Стойка педали (8) сделана из 12 мм стальной трубки, к верхнему концу которой крепится болтами педаль. Через нижний конец стойки проходит 5 мм 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 (Рис. 9, 10).

Проводка
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, 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 никакого 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. 14), который позволит переключаться между одно- и двух-осевой системой переключателем, установленным в педальном модуле или в "приборной панели".

Электрические компоненты
Деталей в описываемом устройстве не много, и самые главные из них — потенциометры. Во-первых, они должны быть линейными, сопротивлением в 100 кОм 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 "мышки".
Стандартный разъем джойстика D-типа с 15 иголками продается практически в любом магазине, где торгуют радиодеталями или на ждановическом радиорынке.
Провода любые, главное, чтобы их можно было легко припаять к разъему.

Подключение и калибровка
Внимание. Все тесты должны проводиться на отключенном от компьютера устройстве.
Сначала надо визуально проверить паяные соединения: нигде не должно быть посторонних перемычек и плохих контактов.
Затем надо откалибровать рулевой потенциометр. Так как используется сопротивление 100 кОм, то можно измерить прибором сопротивление между двумя соседними контактами и настроить на 50 кОм. 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 (50 кОм на приборе), а сопротивление тормоза быть выключено (0 кОм). Если все сделано правильно, то сопротивление всего педального модуля, измеренное между иголками 6 и 9, должно уменьшиться, если нажать на газ, и увеличиться — если на тормоз. Если это не случится, тогда надо поменять местами внешние контакты сопротивления. 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. То же 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 "My Super F1 Driving System" и давим OK 2 раза. Если все было сделано правильно и руки растут откуда 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. Поехали!

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

По принятию решения сделать руль собственной конструкции встали два основных вопроса:

Прошу прощения за длинную преамбулу, далее постараюсь более кратко и по делу.

Что было приобретено:

- плата Arduino pro-micro 350 руб.

- Датчик Холла 5в 1150 руб. Вместо него можно использовать потенциометр на 10 кОм, но у него ограниченный срок службы и малая точность позиционирования. Или можно купить датчик Холла без корпуса и магнит, но я решил не заморачиваться и сделать максимально быстро пока есть запал.

- Шпилька М12 х 1000, плюс куча болтиков, гаечек и шайб в общей сложности на 150-200 руб.

- 2 Подшипника с внутренним диаметром 12мм по 50 руб. за штуку

- 2 подшипника 626z 6 мм x 19 мм x 6 мм, были в загашнике, а так стоят рублей по 10.

- Б/У левый подрулевой переключатель от приоры на Avito за 200 руб.

Итого: имеющаяся на настоящий момент конфигурация обошлась мне в 2420 рублей, но повторюсь можно уложиться и в ощутимо меньшую сумму при использовании другого датчика.

Распечатанные детали:

- ступица крепления руля на шпильке. Дырка под гайку со стороны руля, смоделирована чуть меньшего размера и гайка вплавляется в нее намертво, чтобы было удобно накручивать руль вместе с прикрученной ступицей.

- Крепление подшипника из 2 частей. Распечатаны с небольшим запасом, подшипники посажены на сантехнический герметик.

- Крепление подрулевого переключателя. Предварительно с корпуса переключателя были удалены защелки крепления ибо нам они не нужны.

Крепление pro-micro и соединительная муфта напечатано из черного ABS от FD-plast, все остальные детали печатались белым PET-G от АБС Мейкер. Все детали распечатаны соплом 0,4 слоем от 0,1 (шестерни) до 0,3 (крепления подшипников) со 100% заполнением на скорости 65мм/сек, слайсер Simplify 3D.

Что получилось

К столу вся конструкция крепится обычными струбцинами через распечатанные подкладки.

Сборка механической части.

Во время изготовления фотографий я не делал, но тут в общем-то все открыто, все и так видно.

1. В качестве основы я взял обрезок 18мм мебельного щита размерами 11х22 см. Посередине него закрепил 2 крепления для подшипников.

2. Собрал и установил рулевую ось с ведущей шестерней на место.

3. Собрал приемную шестерню и датчик Холла на креплении, установил ограничители поворота. Ось крепления ведомой шестерни вращается на подшипниках и соединена с валом датчика муфтой.

4. Плотно прижал крепление приемной шестерни к шестерне рулевого вала, разметил отверстия, просверлил и закрепил.

5. Выставил ведомою шестерню в ноль (ограничитель поворота вверх) и прикрутил руль также выставив его ровно.

Сборка электронной части.

На данной схеме (взято с сайта MMJoy) показано какие ноги для каких целей могут использоваться.

Датчик Холла подключается к 5в питания, земле и к любому из контактов обозначенных как AI (Axis Internal). В данном случае это вывод F4

Кнопки подключаются матрицей через диоды. Для примера рассмотрим подключение 8 кнопок в двух вариантах для наглядности. В первом варианте 8 кнопок подключаем в 8 столбцов и 1 строку.

Для подключения 8 кнопок мы использовали 9 контактов

Во втором варианте мы подключим те же 8 кнопок, но уже в 4 столбца и 2 строки.

Здесь для подключения 8 кнопок мы использовали не 9, а всего 6 контактов.

Не буду останавливаться на прошивке pro-micro поскольку подробная инструкция есть на сайте проекта, а вот на настройке подключенных кнопок и датчика остановлюсь подробнее.

Настройка MMjoy

Запускаем MMJoySetup. В списке контроллеров выбираем MMJoy и считываем настройки из контроллера. Выбираем настройку осей. В качестве источника выбираем внутренний датчик, порт МК в моем случае будет F4 (см. по схеме подключения и маркировке MMJoy), так как это руль выбираем в качестве назначения ось X. Точность в битах выбираем эмпирически исходя из чувствительности датчика, в моем случае более 12 бит выставлять оказалось бессмысленно. Автокалибровку поставил сохранять с центром. Остальное не трогал.

После этого переходим к настройке джойстика через Панель управления WINDOWS, калибруем как обычный джойстик и запускаем игру.

C этим рулем я уже намотал не один десяток тысяч виртуальных километров в Euro Truck Simulator 2, руль работает на отлично. Педали пока от старого руля, скоро их тоже переключу на MMjoy.

Если хватит душевного порыва хотелось бы все это дело окультурить и еще реализовать педальный блок на 3 педали и КПП 8+1 с переключателем демультипликатора и прочие плюшки, но а пока наслаждаюсь тем что уже есть.

Если кому-то будет интересно, модели выложу или скину на почту.

Всем спасибо за внимание, жмем палец вверх. На все вопросы с удовольствием отвечу в комментариях.

Читайте также: