58 Вопрос

Оптико-механические манипуляторы

В оптико-механических манипуляторах движение передается на выступающий из корпуса гуммированный стальной шарик (его вес и резиновое покрытие обеспечивают хорошее сцепление с рабочей поверхностью). Два прижатых к шарику ролика снимают его движения по каждому из измерений и передают их на датчики, преобразующие эти движения в электрические сигналы.

Существовало два варианта датчиков для шарового привода: контактные датчики и оптопарные (оптомеханические) датчики.

Контактный датчик представлял из себя текстолитовый диск с лучевидными металлическими дорожками и тремя контактами, прижатыми к нему. Основными недостатками контактных датчиков являлись окисление контактов, быстрый износ и невысокая точность. Поэтому со временем все манипуляторы перешли на бесконтактные оптопарные датчики.

Оптопарный датчик состоит из двойной оптопары – светодиода и двух фотодиодов (обычно – инфракрасных) и диска с отверстиями или лучевидными прорезями, перекрывающего световой поток по мере вращения. При перемещении манипулятора диск вращается, и с фотодиодов снимается сигнал с частотой, соответствующей скорости перемещения манипулятора. Второй фотодиод, смещенный на некоторый угол или имеющий на диске датчика смещенную систему отверстий/прорезей, служит для определения направления вращения диска (свет на нем появляется/исчезает раньше или позже, чем на первом, в зависимости от направления вращения).

Достоинства оптико-механического манипулятора: низкая стоимость; отсутствие сбоев при резких перемещениях. Недостатки: из-за тяжелого шарика имеют больший вес по сравнению с оптическими манипуляторами; имеют небольшой люфт (в момент поднятия шарик ложится на выступы манипулятора, а в момент соприкосновения с поверхностью опять встает на нужную высоту, и курсор передвигается на некоторое расстояние).

Основной недостаток оптико-механических манипуляторов – загрязнение шарика и снимающих роликов, приводящее к заеданию и необходимости в периодической чистке. В настоящее время эти манипуляторы почти полностью вытеснены оптическими манипуляторами второго поколения.

59 Вопрос

Оптические манипуляторы

В оптических манипуляторах используются оптические датчики, которые непосредственно отслеживают перемещение рабочей поверхности относительно манипулятора. Исключение механической составляющей обеспечило более высокую надежность и позволило увеличить разрешающую способность детектора.

Первое поколение оптических датчиков было представлено различными схемами оптопарных датчиков с непрямой оптической связью – светоизлучающих и воспринимающих отражение от рабочей поверхности светочувительных диодов. Световые лучи отражаются от поверхности, попадают на CMOS-сенсор и превращаются в электрический сигнал. Сигнал с сенсора передается на цифровой сигнальный процессор (DSP), который выполняет его анализ. Процессор выделяет отдельные участки изображения и определяет их перемещение относительно предыдущего снимка. Таким образом, принцип работы заключается в анализе последовательности изображений. Процессор находит, как далеко передвинут манипулятор и посылает информацию компьютеру. Компьютер передвигает курсор на экране в соответствии с информацией, полученной от манипулятора.

Оптические манипуляторы второго поколения сделаны на базе микросхемы, содержащей фотосенсор и процессор обработки изображения. Фотосенсор периодически сканирует участок рабочей поверхности под манипулятором, а процессор определяет, в какую сторону и на какое расстояние сместился манипулятор. Сканируемый участок подсвечивается светодиодом (обычно – красного цвета) под косым углом.

Для оптических манипуляторов выпускаются специальные коврики, имеющие на поверхности силиконовую пленку с взвесью блесток (предполагается, что оптический сенсор гораздо четче определяет перемещения по такой поверхности).

Оптический манипулятор имеет явные преимущества: срок службы несколько выше, нежели у оптико-механического, отсутствие движущиеся части в плоскости соприкосновения с поверхностью уменьшает износ и понижает шанс поломки механики, ответственной за передвижение курсора; точность гораздо выше, увеличенное разрешение приводит к лучшей работе особенно это критично в графических приложениях и программах, где требуется точное введение данных; манипулятор хорошо работает практически на всех поверхностях, кроме стеклянных, зеркальных, металлических и выполненных из бархата; теоретически его не нужно чистить.