Virtual field formation for a discrete joystick through segment area balancing

Abstract

Постановка проблеми. Забезпечення точного та зручного управління мобільними платформами за допомогою дискретного джойстика – актуальне завдання сучасних систем автома- тизації. Однією з основних проблем є нерівномірність чутливості джойстика у різних напрямках через неоднорідний розподіл площ сегментів його віртуального поля. Мета – розроблення та оптимізація методики балансування площ сегментів віртуального поля дискретного джойстика для прямокутної, діагональної, полярної систем координат з метою забезпечення однакової чутливості управління. Методологія. Дослідження ґрунтується на використанні аналітичних методів визначення площ сег- ментів віртуального поля для трьох систем координат. Використано метод геометричних перетворень для отримання формул площ. Аналіз виконано з урахуванням умов рівності площ центральної, осьової та діагональної груп сегментів. Отримано графіки залежності площ сегментів від параметра, який визначає розмір центрального сегмента. Результати. Запропоновано аналітичні формули для визначення площ сегментів віртуального поля у трьох системах координат. Встановлено умови балансування площ сегментів для різних груп, що дають змогу забезпечити однакову чутливість або адаптацію під конкретні завдання управління. Визначено оптимальні значення параметра для реалізації балансу в кожній системі координат. Оригінальність. У роботі вперше запропоновано методику аналітичного балансування площ сегментів віртуального поля джойстика для різних систем координат. Розроблено математичну модель, яка враховує специфіку геометрії сегментів у прямокутній, діагональній та полярній системах координат. Практична цінність. Результати дослідження дають змогу налаштовувати параметри джойстика залежно від завдань управління мобільними платформами. Це сприяє підвищенню точності, зниженню кількості помилок управління та адаптації джойстика до потреб операторів у різних умовах експлуатації. Перспективи подальших досліджень. Подальші дослідження можуть бути спрямовані на розроблення адаптивних алгоритмів налаштування параметрів джойстика в реальному часі. Також перспективним є урахування динамічних характеристик мобільних платформ та тестування запропонованих моделей у практичних умовах.Problem statement. Ensuring precise and convenient control of mobile platforms through a discrete joystick is a current challenge in modern automation systems. One of the primary issues is the uneven sensitivity of the joystick in different directions due to the heterogeneous distribution of the areas of its virtual field segments. Purpose. The aim is to develop and optimize a methodology for balancing the areas of virtual field segments of the discrete joystick in rectangular, diagonal, and polar coordinate systems to ensure uniform control sensitivity. Methodology. The study is based on the use of analytical methods for determining the areas of virtual field segments for three coordinate systems. A geometric transformation method was applied to derive area formulas. The analysis took into account the conditions for equalizing the areas of the central, axial, and diagonal groups of segments. Graphs of the dependence of segment areas on the parameter determining the size of the central segment were obtained. Findings. Analytical formulas for determining the areas of virtual field segments in three coordinate systems are proposed. Conditions for balancing the areas of segments for different groups are established, enabling uniform sensitivity or adaptation for specific control tasks. The optimal parameter values for achieving balance in each coordinate system are identified. Originality. This work presents, for the first time, a methodology for analytically balancing the areas of joystick virtual field segments in various coordinate systems. A mathematical model accounting for the geometry of the segments in rectangular, diagonal, and polar coordinate systems is developed. Practical value. The results of this study allow for adjusting joystick parameters based on mobile platform control tasks. This contributes to improved precision, reduced control errors, and adaptation of the joystick to operator needs in various operational conditions. Scopes of further investigations. Further research may focus on the development of adaptive algorithms for real-time joystick parameter adjustments. Another promising direction is to incorporate the dynamic characteristics of mobile platforms and test the proposed models in practical conditions.