7 - 2004

Специализированный манипулятор Space Mouse

Дмитрий Смирнов, Юрий Чигишев

Компания CSoft уже публиковала материалы о 3D-манипуляторах 3Dconnexion (www.3Dconnexion.com) и предлагала всем желающим опробовать их в деле: проверить совместимость с CAD-системой, применяемой на предприятии, оценить преимущества и принять обоснованное решение о приобретении необходимого количества рекламируемых устройств.

На предложение откликнулись несколько предприятий, а специалисты ОАО «Карачаровский механический завод» не просто «поиграли» с трехмерным манипулятором, но и любезно предоставили нам отчет о результатах тестирования.

Отчет о тестовой эксплуатации

Отчет отражает результаты испытания специализированного манипулятора Space Mouse, предназначенного для упрощения работы с трехмерными системами моделирования Autodesk Inventor, AutoCAD, Unigraphics, Solid Edge, SolidWorks и др.

Введение

В последнее время наметилась тенденция перехода от двумерного проектирования (AutoCAD, КОМПАС) к трехмерному (Autodesk Inventor, Unigraphics, Solid Edge, SolidWorks, КОМПАС 3D). В сравнении с традиционным подходом трехмерное проектирование является более наглядным, а главное эффективным способом проектирования: конструктор сразу видит недостатки предлагаемых решений и располагает мощными средствами для их устранения.

Усложнение программного обеспечения потребовало соответствующей аппаратной поддержки, прежде всего более широких вычислительных возможностей ЭВМ, а также повышенных производительности видеокарты и разрешения монитора. Производительность ЭВМ должна соответствовать некоему минимально допустимому уровню, обеспечивающему необходимые условия работы в CAD-системе.

Повысить производительность при работе конструктора с CAD-системой можно и путем оптимизации связи «человек — машина». Рассматриваемый манипулятор имеет довольно высокую стоимость, но при этом существенно повышает удобство работы с трехмерными моделями.

Описание устройства и принцип работы

Конструкция манипулятора Spacе Mouce представлена на рисунке. Манипулятор заключен в тяжелый (порядка 750 г) корпус 1 с площадкой под запястье и резиновыми ножками, обеспечивающими надежное сцепление корпуса с поверхностью стола.

Рабочий орган 2 манипулятора имеет шесть степеней свободы: три линейные и три угловые. Трехмерная модель, отображаемая на экране, повторяет его движение. Скорость перемещения трехмерной модели в соответствующем направлении определяется интенсивностью физического воздействия на ту или иную ось.

В верхней части манипулятора находится набор функциональных клавиш 3.

Манипулятор соединен с компьютером через кабель 4. Подключение осуществляется через последовательный интерфейс (COM-порт). Таким образом, манипулятор позволяет ассоциировать движение модели на экране компьютера с движением рабочего органа манипулятора. Появляется возможность двигать модель вручную — в прямом смысле этого слова.

Тяжелый корпус не позволяет манипулятору отрываться от поверхности стола при движении по вертикальной оси вверх.

Манипулятором управляют левой рукой (для правшей), которая при работе с обычным набором средств ввода (мышь + клавиатура) обслуживает левый блок служебных клавиш: Shift, Ctrl, Alt. В большинстве САПР, особенно с «консервативным» интерфейсом, управление движением модели осуществляется обеими руками (то есть мышью с применением служебных клавиш). С помощью манипулятора Spacе Mouce можно перемещать модель только левой рукой, тогда как правая рука оператора остается свободной.

Запястье опирается на специальную площадку корпуса, причем функциональные клавиши манипулятора легко нажимаются указательным и средним пальцами. Управление движением модели требует минимальных усилий.

Манипулятор работает со всеми современными версиями Windows; для него следует установить общий системный драйвер, а затем драйверы для необходимых CAD-приложений.

В каждом приложении при загрузке активизируется соответствующий plug-in и появляются программные средства для настройки манипулятора.

Функциональные клавиши предназначены для управления манипулятором. Они выполняют такие действия, как включение/выключение отдельных степеней свободы, управление чувствительностью конкретного перемещения, сброс настроек к заводским установкам и т.д.

Действия функциональных клавиш можно конфигурировать для каждого CAD-приложения в отдельности.

Более глубокие настройки доступны из диалога настройки системного (общего) драйвера.

Эргономические показатели

Специалисты Ergonomic Technologies Corporation провели исследования эргономичности манипуляторов Spacе Mouce. По сравнению с традиционным набором инструментов (мышь + клавиатура) манипулятор позволяет:

• сократить перемещение левой руки — на 67%;

• сократить перемещение правой руки — на 64%;

• снизить среднее значение мышечной активности — на 33%;

• снизить максимальное пиковое мышечное усилие — на 35%;

• сократить среднее и максимальное значение движений запястья (изгиб и вытягивание) — на 57 и 34% соответственно.

В процессе исследований реципиенты выполняли одни и те же операции в различных трехмерных CAD-пакетах сначала с помощью стандартных средств ввода (мышь + клавиатура), а затем посредством набора «манипулятор + клавиатура + мышь». Желание и в будущем работать с манипулятором высказали 90% участников испытаний.

Полное привыкание к работе с манипулятором происходит за два-три дня. После двух недель его эксплуатации отсутствие манипулятора вызывает ощущение дискомфорта при работе с трехмерными САПР.

Резюме

Достоинства манипулятора:

• полное освобождение правой руки оператора;

• интуитивно понятное, многомерное, «ручное» движение модели в пространстве;

• возможность перемещать модель даже в тех ситуациях, когда обычными средствами это сделать нельзя — например в случае, когда открыто всплывающее окно диалога и графическая область недоступна (скажем, режим симуляции обработки поверхностей в Unigraphics допускает вращение модели только с помощью манипулятора);

• «интеллектуальное» ограничение некоторых степеней свободы в определенных ситуациях (например, при редактировании плоского эскиза в системе Solid Edge отключаются все степени свободы, кроме перемещения в плоскости эскиза);

• возможность легко контролировать работу манипулятора посредством функциональных клавиш и их сочетаний;

• пользователи, привыкшие работать с манипулятором, могут легко освоить новые CAD-приложения: алгоритм движения модели не зависит от приложений.

К недостаткам манипулятора следует отнести:

• довольно высокую стоимость (400-600 долл.), обусловленную эксклюзивностью изделия;

• необходимость привыкания к новому стилю работы при освоении устройства.

Манипулятор рекомендуется пользователям, работающим преимущественно в трехмерных CAD-приложениях. Space Mouse создает более комфортные условия для работы с трехмерными моделями и способствует росту производительности конструктор­ского труда.

Решение об использовании или неиспользовании манипулятора после ознакомительной эксплуатации должен принимать сам конструктор.

В начало В начало

«САПР и графика» 7'2004