操纵杆

**搖桿**（英語：Joystick）是一種輸入設備，由基座和固定在上面作為樞軸的主搖桿組成，作用是向其控制的設備傳遞角度或方向信號。現時搖桿主要用來操縱電子遊戲，通常有一個或多個按鈕，按鈕的狀態也可被電腦識別。搖桿在應用上最熱門的類比產品是現代電子遊戲機使用的模擬杆。

搖桿一直是許多飛機，特別是軍用噴氣式飛機駕駛艙內的主要飛行控制器，分為中心杆和側杆。 

搖桿也用於控制機器，如起重機、卡車、水下機器人和零轉彎半徑割草機。小型手指搖桿已通過作為小型電子設備的輸入裝置，如行動電話。

## 歷史

控制桿最先用作控制飛機的副翼和升降舵。

通常認為「搖桿」（joystick）一詞由 20 世紀初法國飛行員羅貝爾・埃斯諾 - 佩爾特里最先使用的。同時還有他的飛行員夥伴 Robert Loraine，James Henry Joyce 和 A.E. George。1910 年，飛行員先驅 Mr A.E. George 和他的同事 Mr. Jobling 在英格蘭 Newcastle 建造並起飛了一架雙翼飛機。據說是他發明了「喬治杆（George Stick）」，後來更多的被稱為搖桿（joystick）。喬治和 Jobling 的飛機控制欄收藏在英格蘭 Newcastle Upon Tyne 的 Discovery Museum。在早期的飛機就有搖桿了，儘管具體操作的細節還不確定。

1944 年左右在德國出現了第一個電動 2 軸搖桿。改進的該設備用於使滑翔炸彈 Henschel Hs 293 瞄準艦船目標。在這裡，搖桿是由一個操作者來掌控讓飛彈射中目標。此時的搖桿只是一個開關，而不是模擬傳感器，即_數字操縱杆_。搖桿到達飛彈的信號是由無線電傳遞的。

這項發明被聚集在佩內明德 Heeresversuchsanstalt 的一夥科學家得到了。這些人當時正在德國火箭項目開發瀑布防空火箭，類似於 V-2 火箭系列，第一個地對空飛彈。瀑布防空火箭的導向設備將電信號轉換為無線電信號傳達給飛彈。

在 20 世紀 60 年代無線電控制飛機模型系統廣泛使用搖桿，如 1964 年 Phill Kraft 生產的 Kwik Fly。Kraft Systems 最終成為計算機行業和其他用戶的一個重要 OEM 搖桿供應商。電動輪椅是搖桿在除了無線電控制飛機以外的第一個行業，如 1963 年的 Permobil。在這段期間內，美國宇航局使用搖桿作為阿波羅任務控制設備的一部分。例如，月球著陸器的測試模型使用搖桿操縱。

1967 年，電視電子遊戲和 Magnavox Odyssey 遊戲機的發明者 Ralph H. Baer，創造了第一個電子遊戲搖桿。該模擬搖桿，用兩個電位器來測量電位。

為 Atari 2600 制定的雅達利標準搖桿，是一種數字搖桿，帶有一個「開火」按鈕，通過 DE-9 connector 連接，其電氣規格多年來成為數字搖桿規格的「標準」。搖桿被普遍用於第一代和第二代遊戲機，儘管搖桿，特別是街機式的，一直是各種遊戲機的熱門配件，但後來敗給了大眾熟悉的遊戲控制器，是 1985 年的 FC 遊戲機和 1986 年的 Master System 的控制器。

最近，模擬杆（或拇指杆，得名於用一個拇指即可控制）已成為電子遊戲機的標準，而且還能使杆本身從中間位置移動到其他位置。這意味著軟體不必在執行移動指令時跟蹤位置或估計速度。這些設備通常採用磁探測器確定杆的位置。

在飛行控制領域出現了一種新型控制器，側杆，一種類似於遊戲搖桿的控制器，不同的是，這種控制器使用電子來操縱最新型飛機。除 A300 和 A310 外，幾乎整個空客系列，包括全球最大的民用飛機 A380，使用輕質的側桿，增加駕駛員座艙的空間和能見度。

## 街機搖桿

街機搖桿是一種用於遊戲機或電腦的大型控制器。一些街機上配置使用杆和按鈕，用於使用特別的多鍵組合。例如，街機遊戲街頭霸王 II 或真人快打系列的 6 按鈕布局在家用機的遊戲控制器上實現起來並不舒服，所以有用於 Xbox 360 玩這類遊戲的家用搖桿出現了。

## 技術細節

大多數搖桿是二維的，有兩個滾動軸（類似於滑鼠)，也有一維和三維搖桿。搖桿的一般配置是，左右搖杆沿 X 軸發出向左或向右移動信號，前後搖杆沿 Y 軸發出向前（上）或後（下）移動信號。三維運動搖桿的配置是，旋轉杆沿 Z 軸發出向左（逆時針）或向右（順時針）旋轉信號。X-Y-Z 三軸，跟飛機，平衡，傾斜度，以及偏離角有關。

模擬搖桿是一種帶持續狀態的搖桿，即（通常使用電位器）返回在平面或空間裡的任何方向上運動的角的程度並用數字搖桿給出四個方向的開關信號，和機械上可能的組合（如右上，左下，等）。（20 世紀 80 年代，數字搖桿是電子遊戲機，街機，和 FC 常見的遊戲控制器。）

此外搖桿往往有一個或多個「開火按鈕」，用來觸發某種動作。這些都是簡單的開關。

一些搖桿有振動反饋功能。因此這些不僅僅是被動的輸入設備，而是可活動的設備。電腦可以返回信號使搖桿向反方向發力以阻止玩家的活動方向或是讓搖桿震動。

大多數 PC 的 I/O 接口卡都有一個搖桿（遊戲）埠。現代的搖桿大多使用 USB 接口連接到 PC。

## 工業應用

近年來，搖桿在許多工業和製造業已得到普遍應用，如；起重機，裝配線，林業設備，採礦卡車，挖土機。事實上，這種可以應對高要求的搖桿，在幾乎所有現代液壓控制系統中實際上取代了傳統的機械搖桿。

由於工業操縱杆用於頻繁的干粗活，所以做工比典型的電子遊戲搖桿更結實耐用。這導致 20 世紀 80 年代霍爾效應傳感器在這方面的發展和運用，如非接觸式傳感器。數家公司生產使用霍爾效應技術的工業應用搖桿。

兩大製造商為世界上最大的 OEM 供應搖桿，世界上最大的 mfg. 供應卡特彼勒、John Deere、AGCO、CNH、JLG、GENIE 等由 DeltaTech Controls 供應，Penny and Giles Controls 主要向大型液壓系統提供商 Sauer Danfoss 供應搖桿。

在北美洲有 3 個小型區域製造商，也為企業供應搖桿，分別是：OEM Controls，Otto Engineering 和 PQ Controls。

在歐洲有一些製造商，供應到專門的市場，例如起重機控制，航空業等等。歐洲的全球搖桿供應商中有一家瑞士公司 Genge & Thoma AG，既供應標準的搖桿也可為企業定做工業級搖桿。

大型的製造商能夠按 OEM 的專門需求定做搖桿，而小型區域製造商專注於以高價向較小的 OEM 銷售標準產品。

## 輔助技術

醫用搖桿是一種輔助技術的指標裝置，是為相當嚴重的身體殘疾的人用來取代滑鼠的。這種搖桿不是用來玩遊戲的，而是插入 USB 埠和控制光標的。對於患有手足徐動症或腦性麻痺的人來說，抓住搖桿比抓住滑鼠容易。微型搖桿也可為肌肉乏力的人們提供幫助，如肌肉萎縮症或肌萎縮性脊髓側索硬化症。它們還用於電動輪椅的控制，因為它們是簡單而有效的一種控制方法。

### 帽開關

某些搖桿帶有一個帽開關（Hat switch），也稱為觀察點開關（point of view switch）。它用來在一個虛擬世界環顧四周，瀏覽菜單等。例如，許多飛行模擬器使用它來切換玩家的視角， 而其他遊戲有時用它作為十字鍵的替代品。

名詞「帽開關」是「苦力帽開關」（Coolie hat switch）的簡稱，苦力帽是指箬笠。

在真實的飛機中，帽子開關可以做像控制副翼或調整方向舵之類的事。

## 參考資料

## 參見

* 飛行模擬器
* 遊戲埠

## 外部連結

* AtomicWarrior - Joysticks on Windows （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Whatever happened to the joystick?

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