Маніпулятори

РЕФЕРАТ

На тему «Маніпулятори»




1. Маніпулятори (вказівники місцеположення та координатні пристрої)



До маніпуляторів в першу чергу можна віднести такі периферійні пристрої як, миші, трекболи, джойстики та графічні планшети. Ці пристрої дозволяють значно спростити взаємодію оператора з різноманітними прикладними програмами [3,4].

Першу комп'ютерну мишу створив американський інженер Дуглас Енгельбарт у 1964 році, а перший трекбол (trekball) з'явився значно пізніше на фірмі Logitech. Більшість фірм , які виробляють подібні пристрої забезпечують сумісність, або з Microsoft Mouse (дві управляючих клавіші), або з Моuse System (три управляючих клавіші), а найчастіше з ними обома. Миша забезпечує дуже легке маніпулювання такими широко застосовуваними в графічних пакетах об'єктами, як вікна, меню, кнопки, піктограми і інше. Конструкція найпростішої миші надана на рисунку 1.

Подавляюча більшість комп'ютерних мишок до недавнього часу використовувала оптикомеханічний принцип кодування переміщення мишки по рівній поверхні, наприклад, комп'ютерного стола. З поверхнею столу взаємодіє тяжка, покрита гумою куля доволі великого діаметру. Ця куля опирається на два продовгуваті ролики, що притиснуті своїми площинами до сторін кулі та встановлені на одній вісі з двома датчиками положення. Вісі повертання роликів взаємно ортогональні. Датчики являють собою оптопари (світлодіод -фотодіод) і розміщуються по різні сторони спеціальних дисків з отворами. Послідовність, у якій освітлюються світлочутливі елементи, визначає напрямок переміщення миші, а частота імпульсів, що надходять від них - швидкість руху миші. Хороший механічний контакт з поверхнею забезпечується з використанням спеціального коврика, покритого гумою.






Рисунок 1. – Принцип дії механічної миші



На даний час можна виділити п’ять основних способів під'єднання мишки до комп'ютера:

- через послідовний порт (інтерфейс, який подібний RS-232С); 

- через спеціальний шинний інтерфейс фірми Microsoft;

- через порт типу РS/2; 

- через порт універсальної послідовної шини (USB);

• через безпровідний порт з передачею даних в радіо, чи інфрачервоному діапазоні хвиль.

Маніпулятори випускаються різними виробниками, мають будь-які конструкції та розміри. 

Джойстик являється аналоговим координатним пристроєм введення інформації. Перші моделі джойстиків базуватись на використанні декількох мікроперемикачів При переміщенні рукоятки джойстика в тому, чи іншому напрямку замикався відповідний перемикач і формувався код управління В подальшому перемикачі були заміщені реостатними датчиками У цьому випадку рукоятка джойстика механічно з'єднується з двома змінними резисторами, опір яких змінюється при переміщенні рукоятки. Один з резисторів визначає переміщення по координаті X, а другий по координаті У. В задачу адаптера джойстика входить перетворення параметра опорів датчиків у відповідний цифровий код. Потрібно зазначити, що існуючі конструкції джойстиків можуть мати досить різноманітні зовнішні вигляди, проте їх внутрішня конструкція лишається майже без змін (рисунок 2.13).





Рисунок 2. – Загальний вигляд джойстика 



В основному джойстик використовується для комп'ютерних ігор. Він дозволяє користувачеві зазнати нові відчуття, а також захистити клавіатуру від передчасного руйнування під час повітряних боїв із літаками супротивника. Джойстик підключається до комп'ютера через спеціальний ігровий порт.

Джойстики бувають аналоговими й цифровими. Аналоговий джойстик посилає в ігровий порт аналоговий сигнал — якийсь змінний електричний сигнал певної напруги й сили струму. Сигнал обробляється контролером ігрового порту й процесором, а далі, уже в цифровому вигляді, використовується програмними інтерфейсами. В основу аналогових джойстиків закладені потенціометри.

Цифрові джойстики подають на комп'ютер уже цифровий сигнал, який був згенерований самим джойстиком. При цьому такі джойстики найчастіше теж використовують потенціометри, просто їхній аналоговий сигнал оцифровується усередині пристрою. Перевагою такого рішення є те, що аналоговий сигнал перетворюється у цифровий до того, як він потрапив в ігровий порт — у сильно зашумлений в електронному розумінні внутрішній простір комп'ютера. Недоліком такого рішення є несумісність ігор і нестандартних ігрових портів, тому що передача цифрових даних через ігровий порт не стандартизована, і кожен виробник робить це своїм способом

В «оптичному» джойстику замість потенціометрів використовуються оптичні сенсори, схожі на ті, котрі застосовуються в мишках. Природно, що сигнал на комп'ютер подається в цифровому вигляді, і це викликає ті ж переваги й недоліки, що й у цифрових джойстиків. Однак оптичні системи зчитування не піддаються механічному зношуванню, як це відбувається з потенціометрами.

Графічний планшет є кодуючим пристроєм, що використовується, в основному, для виконання задач систем автоматизованого проектування (САПР).

Планшет забезпечує введення в комп'ютер двохмірного зображення у вигляді растрової таблиці. В склад пристрою входить спеціальний вказівник типу олівця з вмонтованим в нього датчиком. Внутрішній контролер планшета надсилає електричні імпульси по ортогональній сітці провідників, що знаходяться під площиною планшета. Отримавши два таких сигнали, контролер перетворює їх в координати, що передаються в ПК. Комп'ютер перетворює цю інформацію в координати точки на екрані монітора, координати якої відповідають координатам вказівника на планшеті. Зовнішній вигляд планшета наведено на рисунку 2.13.





Рисунок 3. – Графічний планшет




2. Маніпулятори типу “Миша”



Маніпулятор типу “Миша” на ринку РС-сумісних комп’ютерів став майже обов’язковим пристроєм з появою Windows та OS/2. На даний час “Миша” входить в комплектацію практично кожного комп’ютера.

 Серед виробників цього пристрою найбільш великими є Microsoft і Logitech. Не дивлячись на зовнішню різноманітність, всі пристрої працюють однаково і мають однакові основні компоненти: 

-корпус, який утримується в руках і пересувається на робочому столі; 

-механизм відстежування переміщення миші: кулька/ролик або оптичні датчики; 

-декілька кнопок (зазвичай дві) для посилання або вибору команд; 

-інтерфейс з'єднання миші з системою. У традиційних конструкціях для цього використовується кабель і роз'єм, у бездротових конструкціях застосовуються радіочастотні або інфрачервоні приймачі, розташовані в корпусі миші і спеціальному модулі комп'ютера, який необхідний для взаємодії миші з системою. 

Корпус миші виготовлений з пластмаси, і в нім практично немає рухомих компонентів. У верхній частині корпусу, під пальцями, розташовуються кнопки. Кількість кнопок може бути різною, але зазвичай їх тільки дві. Для роботи додаткових кнопок або колеса прокрутки потрібні спеціальні програми, що як правило надаються виробником. Хоча в ОС Windows9x/Me/2000 і вбудована підтримка колеса прокрутки, без драйвера виробника миші все ж таки не обійтися. Внизу розташовується невелика покрита гумою металева кулька, яка обертається при переміщенні миші на столі. Обертання кульки перетворюються в електричні сигнали, які по кабелю передаються в комп'ютер. Оптичний метод реєстрації переміщень є одним з найперспективніших на сьогоднішній день. 






Рис. 4. Оптична миша (вигляд знизу)



У перших конструкціях оптичної миші компанії Mouse Systems, а також деяких інших застосовувався датчик, для роботи якого був потрібний спеціальний килимок з координатною сіткою. Це привело до того, що пристрої цієї конструкції, не дивлячись на їх високу точність, не набули достатньо широкого поширення. Компанія Microsoft відновила виробництво цих пристроїв, створивши IntelliMouse Explorer. У цій моделі, як і в колишніх конструкціях оптичної миші, для реєстрації переміщень використовується оптична технологія. У цій миші немає рухомих елементів, окрім колеса прокрутки і кнопок, розташованих у верхній частині корпусу. Також не вимагається спеціального килимка, оскільки миша може працювати практично на будь-якій поверхні. У цій конструкції замість простого оптичного датчика, який застосовувався в попередніх версіях оптичної миші, використовується покращена модель сканера із зарядовим зв'язком (Charge Coupled Device — CCD). Цей сканер, по суті, є спрощеною версією датчика відеокамери, який реєструє переміщення, відстежуючи зміну поверхні, на якій розташована миша. Функцію освітлення поверхні виконує світлодіод (light-emitting diode — LED).

Модель IntelliMouse Explorer є першою з сімейства оптичних пристроїв, створених компанією Microsoft. Крім того, Microsoft проводить кульові покажчики (трекболи), які також створені на основі оптичної технології. До інших відомих виробників оптичної миші і трекбола відносяться компанії Logitech, Genius. На рисунку 2.14 представлена типова оптична миша. Завдяки своїй універсальності і простому технічному обслуговуванню (не кажучи вже про неперевершену точність позиціонування) оптична миша є гідним вибором для будь-якої системи, а різноманіття моделей дозволяє придбати таку мишу по цінах якісних традиційних пристроїв.

Взаємодія миші і комп'ютера здійснюється за допомогою спеціальної програми-драйвера, яка або завантажується окремо, або є частиною системного програмного забезпечення. Наприклад, для роботи з Windows або OS/2 окремий драйвер для миші не потрібний, але для більшості DOS-додатків він необхідний. У будь-якому випадку драйвер (вбудований або окремий) перетворить отримувані від миші електричні сигнали в інформацию про положення покажчика і стан кнопок.

На даний час, незважаючи на суттєві переваги оптичних мишей, на ринку присутні оптично-механічні миші, які приваблюють простотою конструкції та низькою ціною. Конструктив такої миші досить простий: обертання кульки передається до двох валів, один з яких обертається при русі навколо вісі Х, а другий - навколо вісі Y. На вісі з валами насаджені невеликі диски з прорізами (“переривачі”), через які проходять (або не проходять) інфрачервоні промені від відповідних джерел. При обертанні дисків промені періодично уриваються, що реєструється відповідними фотодатчиками. Кожен імпульс випромінювання розцінюється системою як один крок по одній з координат. Такі оптико-механічні датчики (рис. 2.15) набули найбільшого поширення. 





Рис. 5. Оптико-механічні датчики миші




3. Інтерфейси миші



У попередніх розділах було відзначено декілька способів під’єднання миші до комп'ютера. Розглянемо більш детально найбільш поширені з них.

Послідовна миша. У більшості старих РС-сумісних комп'ютерів миша підключається через послідовний інтерфейс. Оскільки в більшості комп'ютерів передбачено два послідовні порти (COM1 і COM2), мишу можна підключати до будь-якого з них. Після запуску програма-драйвер перевіряє порти і визначає, до якого з них підключена миша. Якщо як послідовний порт визначений СОМ 3 або СОМ 4, то драйвер миші може працювати некоректно. Слід відзначити, що більшість сучасних драйверів працюють з будь-яким з портів СОМ 1–4.

Послідовна миша не підключається безпосередньо до системи, отже вона не використовує її ресурсів. Виявляються зайнятими лише ресурси того послідовного порту, до якого підключена миша. Якщо, наприклад, вона підключена до порту СОМ2, то використовується лінія IRQ 3 і адреси портів введення-виводу 2F8h–2FFh.

Порт миші на системній платі (PS/2). У більшості нових комп'ютерів передбачений спеціальний порт миші, вбудований в системну плату. Вперше він з'явився в 1987 році в комп'ютерах PS/2, тому його часто називають інтерфейсом миші PS/2. Це зовсім не означає, що така миша може працювати тільки з PS/2. Навпаки, мається на увазі, що її можна підключити до будь-якого комп'ютера, в якому порт встановлений на системній платі. Кабель миші, що підключається до подібного порту, закінчується таким же роз'ємом mini-DIN, як і кабель нової клавіатури. Електрично порт миші підключений до контроллера клавіатури 8042, встановленому на системній платі. У всіх комп'ютерах PS/2 для клавіатури і миші використовуються роз'єми mini-DIN. У інших комп'ютерах для підключення миші застосовуються звичайні роз'єми, оскільки в більшості стандартних корпусів не передбачений роз'єм mini-DIN для миші. В цьому випадку доводиться використовувати перехідній кабель між звичайною штирьовою розеткою системної плати і роз'ємом mini-DIN миші PS/2.

Краще підключати мишу до вбудованого порту, оскільки при цьому не доводиться займати додаткові слоти розширення або послідовні порти, а можливості миші не обмежуються можливостями схем послідовного порту. Для порту миші на системній платі використовується переривання IRQ 12 і адреси введення-виводу 60h і 64h. Оскільки порт миші на системній платі сполучений з контроллером клавіатури 8042, його адреси введення- виводу ті ж, що і у цієї мікросхеми. Переривання IRQ 12- 16-розрядне, і в більшості випадків воно не застосовується. Таке переривання не повинне використовуватися для інших пристроїв в будь-яких системах з шиною ISA, в яких порт миші встановлений на системній платі, оскільки в шині ISA не допускається сумісне використання переривань.

Комбінована миша. Ця миша призначена для підключення до портів двох типів. Більшість дешевих пристроїв, що надходятьть в роздрібний продаж, підключаються або до послідовного порту, або до порту PS/2; для підключення дорожчої миші зазвичай використовуються порти PS/2 або USB. В порівнянні з пристроями звичайного типу, призначеними для роботи виключно з портами PS/2 або USB, комбінована миша більш функціональна. Таку мишу можна підключати як до послідовного порту, так і до порту PS/2.

Миша сама визначає, до якого порту підключена, і настроюється відповідним чином. Зазвичай такі пристрої випускаються з роз'ємом mini-DIN на кінці кабелю і перехідним адаптером на 9- або 25-контактний роз'єм послідовного порту. Комбінована миша PS/2-USB зазвичай поставляється з роз'ємом кабелю mini-DIN і адаптером USB. Деякі користувачі намагаються за допомогою подібних перехідников підключити “чисту” послідовну мишу до порту на системній платі або мишу PS/2 - до послідовного порту. У такому поєднанні вони працювати не будуть, і справа тут не в перехідному пристрої. Якщо явно не сказано, що миша комбінована (тобто одночасно і послідовна і PS/2), то вона може працювати тільки з тим інтерфейсом, для якого спроектована. В більшості випадків тип миші вказується на нижній кришці корпусу. Як підказує практика, якщо миша продається без адаптера, або поставляється разом з комп'ютером, то вона, швидше за все, не працюватиме з адаптером.

Універсальний послідовний порт USB. Останнім часом порт USB все частіше і частіше використовується для підключення миші, клавіатури і інших пристроїв введення-виводу. Миша USB, як і інші USB-пристрої позиціонування (наприклад, trackball), має ряд переваг.

Миша з додатковими можливостями часто створюється спеціально для порту USB. Одним з прикладів є миша Logitech iFeel — перший пристрій, що має оптичний датчик і силовий зворотний зв'язок. Під час переміщення покажчика поверх кнопок Web-сторінок, робочого столу Windows або опцій програмного меню миша починає легко вібрувати. Ця миша розроблена виключно для порту USB.

Миша, клавіатура і інші пристрої USB можуть замінюватися без виключення живлення системи. Можливість “гарячої заміни” - це унікальна особливість порту USB.

Миша USB може бути підключена до концентраторів USB, що містяться в деяких клавіатурах USB, або до автономного концентратора. Використання концентратора дозволяє спростити процес підключення або відключення миші.

Не дивлячись на те, що перші миші USB постійно знаходилися у вищій ціновій категорії, в даний час можна придбати пристойну мишу USB за ту ж ціну, що і високоякісну комбіновану мишу.

Шинна миша. Цей спосіб під’єднання миші є давно застарілим, (так звана в Microsoft миша Inport), для підключення якої потрібна спеціальна плата адаптера.






4. Нові модифікації маніпуляторів типу “Миша”



Маніпулятор типу “Миша” (IntelliMouse) компанії Microsoft. В 1996 році Microsoft винайшла нову модель миші - IntelliMouse. Конструктивно новий пристрій не відрізняється від стандартної миші Microsoft, але між правою і лівою кнопкою конструктивну розташоване маленьке коліщатко, яке виконує функції прокрутки зображень на екрані та працює як третя кнопка миші. Трьохкнопкові миші існують вже давно, а функція прокрутки є новим напрацюванням. 

Програмні драйвери пристроїв типу “Миша” різних виробників дозволяють розширити основні функціональні можливості IntelliMouse. Наприклад, драйвер MouseWare 9.2 компаній Logitech надає декілька варіантів використання кнопок миші (колесо прокрутки розглядається як третя кнопка), а також дозволяє визначити параметри переміщення при клацанні коліщатка прокрутки (три рядки, шість рядків або повний екран). Драйвер компанії Microsoft надає нову можливість, що отримала назву ClickLock (блокування натиснення), яка дозволяє перетягувати елементи робочого столу, не утримуючи ліву кнопку миші натиснутою. Крім того, драйвер містить в собі функцію Universal Scroll, що дозволяє упровадити підтримку пристроїв прокрутки в додатки, які не мають такої можливості. Для розширення функціональних можливостей вказаних пристроїв необхідно періодично завантажувати і встановлювати нові драйвери миші.

Маніпулятор TrackPoint II/III. Це якісно новий пристрій позиціонування компанії IBM. Це пристрій, часто званий маніпулятором, є невеликий гумовий важіль, що знаходиться на клавіатурі між клавішами <G>, <H> і <В>. Після появи миші це був найрішучіший крок вперед в розвитку технології маніпуляторів.

Такий пристрій практично не займає місця на клавіатурі, не має рухомих частин, які могли б зламатися або забруднитися. А найголовніше –при наявності пристрою не потрібно прибирати руки з клавіатури, отже є можливість друкувати усліпу. Дослідження, проведені винахідниками цього пристрою, показали, що швидкість друку може бути збільшена на два слова за хвилину. Ще одна гідність TrackPoint полягає в тому, що його можна використовувати разом з мишею, забезпечивши подвійне управління покажчиком. На екрані присутній тільки один покажчик, але його можна переміщати як за допомогою TrackPoint, так і за допомогою підключеної миші. З цими пристроями можуть працювати два користувачі (переміщаючи при цьому один і той же покажчик). Пріоритетом користується пристрій, що почав переміщення, і управління покажчиком зберігається за ним до закінчення руху. Другий пристрій позиціонування при цьому автоматично блокується.

У компанії IBM було створено декілька варіантів пристрою TrackPoint, використовуваних в портативних комп'ютерах і високоякісних клавіатурах, що реалізовуються під торговими марками IBM, Lexmark і Unicomp. Виробники портативних комп'ютерів HP і Toshiba запатентували власний пристрій TrackPoint III (у компанії Toshiba цей пристрій отримав назву Accupoint).

Новий пристрій TrackPoint III відрізняється від попереднього в основному матеріалом, з якого виготовлений гумовий ковпачок. Іншою відмінністю TrackPoint III від TrackPoint II є нова технологія IBM, в якій програмне забезпечення враховує не тільки те, наскільки швидко ви рухаєте покажчиком, але і як швидко ви натискаєте і відпускаєте пристрій. TrackPoint, ймовірно, одна з самих революційних розробок в галузі пристроїв позиціонування з часу винаходу миші. Оскільки IBM продала ліцензію на цю технологію іншим виробникам, ви можете зустріти подібні пристрої в багатьох системах. 

Сенсорна панель (TouchPad). TouchPad являє собою панель, зазвичай прямокутної форми, чутливу до натискання пальців або долоні. Натиснувши пальцем на TouchPad і пересуваючи його по поверхні, користувач може маневрувати курсором так само, як і при використанні мишки. Для вибору якогось пункту меню можна натиснути на кнопку, а можна безпосередньо на площину TouchPad. Функціонально пристрій відіграє таку ж роль, що й миша, але є більш компактним, не потребує просторового переміщення пристрою введення й ідеально підходить для портативних комп'ютерів. До того ж пристрій має розширені функціональні можливості.

Фізично TouchPad являє собою сітку з металевих провідників, розділених тонкою ізолюючою прокладкою з лавсанової плівки, тобто є набором великої кількості маленьких конденсаторів. При наближенні руки до поверхні панелі відбувається зміна електричного поля, а отже, ємності вказаних конденсаторів. Вимірюючи зміну ємності кожного конденсатора в сітці, можна точно визначити координати пальця на поверхні панелі. Більше того, зміна ємності також залежить від сили натискання, що здійснюється на панель. Отже TouchPad може обчислити моменти наближення пальця, натискання, руху й віддалення пальця від поверхні панелі.

Як правило, TouchPad підтримує стандарт «mouse» і власні, специфічні, розширені протоколи. Підтримка «mouse» означає, що після підключеня до комп'ютера TouchPad може використовуватись як звичайна миша без інсталяції її власного драйвера. Після цього встановлюється драйвер, що надає цілий набір додаткових можливостей. Удосконаленням TouchPad є TouchWriter (панель TouchPad з підвищеною чутливістю), що однаково коректно працює як з пальцем, так і зі спеціальною ручкою і навіть з нігтем. Ця панель дозволяє вводити дані звичним для людини способом — записуючи їх ручкою. Крім того, панель можна використовувати для створення графічних зображень або для підписування ваших документів. Для тих, хто бажає писати ієрогліфами, існують навіть спеціальні програми, що дозволяють вводити ієрогліфи, що безпосередньо малюються на панелі. При такому способі введення програма пропонує готові варіанти ієрогліфів.






5. Трекбол



Трекбол — це «мишка навпаки». Сам пристрій, на відміну від мишки, завжди залишається нерухомим, а керування переміщенням курсору здійснюється обертанням кульки, що знаходиться у верхній частині трекбола. При цьому, обертаючи кульку пальцями, ви одержуєте кращий, ніж у мишки, контроль над її обертанням і, як наслідок, більш точне позиціонування курсору. Цьому сприяє і те, що, на відміну від крихітної в миші, кулька трекбола, як правило, має значно більший розмір і меншу (по відношенню до розміру) вагу.

Крім кульки, трекболи мають, принаймні, дві кнопки (як і будь-яка двокнопкова миша), а от оснащення їх коліщатками для прокручування, додатковими кнопками і інше, залежить винятково від виробника. Таким чином, сфера застосування трекболів — робота з графічними пакетами, пакетами для автоматизованого проектування тощо, тобто такими програмами, у яких найбільш гостро відчувається необхідність плавного переміщення і точного позиціонування курсору.

Спостереження за кулькою в трекболах здійснюється так само, як і в мишках: рух кульки зчитується двома валиками (по одному для кожної з координат), обертання яких фіксується за допомогою оптопар — світлодіод і фотоелемент. У трекбола кулька знаходиться зверху, що сприяє її забрудненню. Для розв'язання цієї проблеми деякі фірми запропонували нову технологію оптичного спостереження. Суть її в тому, що спостереження за кулькою здійснюється тільки за допомогою світла. Відсутність будь-якої механіки виключає можливість її забруднення і, відповідно, впливу на точність переміщення курсору.