Дизайн, конструирование, моделирование
Поскольку в конструировании я был полный ноль, то и к делу я подошел как полный профан. Купил пластилин и начал лепить мышь своей мечты.
Сначала я слепил мышь, которая идеально мне подходит для работы на десктопе. Она на фотографии большая темно-серая. Затем я слепил мышь, которая подошла бы мне на роль мобильной (темно-серая маленькая). А затем я отнес сворованный у детей кусок пластилина на работу, и коллеги вылепили мышь, претендующую на звание «народной». Она идеально ложилась в руку большинству мужского населения нашего коллектива (на фото разноцветная). И что же? Получились банальные и унылые формы, которые мы денно и нощно дергаем руками на все лады. Видимо, среди трех стандартных мышей любой пользователь найдет для себя удобную. Торжество идеала?
В результате за компьютером была смоделирована мышь, которая, с моей точки зрения, претендовала на роль изящной и красивой.
На тот момент она мне безумно нравилась. И, недолго думая, я разделил компьютерную модель на детали. Были продуманы элементы крепления и сопряжения с электронной начинкой. Звучит просто, а на деле были потрачены сотни часов кропотливой работы.
После этого полученные детали были выращены на 3D-станке для проверки собираемости.
Материал — полиамид. В руке сидит хорошо, как влитая. Все детали подходят друг к другу, технологическая сборка также прошла без проблем
Следующий этап — фрезерование в дереве. Приобрел, наверное, с десяток различных пород красных деревьев, но начал с дерева сапеле, остальные породы ждут своего часа.
Вживую дизайн не понравился. Вертикальные щели между кнопками и корпусом выглядели плохо и неопрятно. Видны технологические «болячки» при работе с деревом — сколы и увод дерева. Ну и главное — клавиши не гнулись, клика не было.
Долго думал над дизайном. Что-то смущало, и не было чувства удовлетворения. Потом понял — мыши не хватает солидности. Решил вернуться к первоначальному варианту мыши, который я лепил в самом начале, только на профессиональном уровне и с использованием скульптурного пластилина. В одной мыши сделано два варианта дизайна. Удобно для сравнения и принятия решения.
После получения финального варианта было сделано 3D-сканирование и перенос поверхностей в SolidWorks.
Вторая модель получилась не намного удачнее первой. Кнопки не нажимались, и исправить это в текущей модели было невозможно. Брак модели был заложен на уровне ДНК. Нужен более комплексный подход с одновременным контролем и дизайна, и технологии. Иначе ничего не получится. Будет или технологическое совершенство, или хороший дизайн, но не все сразу. Эти характеристики сидят на разных сторонах качелей. Поэтому выкидываю все в помойку и начинаю с начала. Эскиз-дизайн-лепка-тестирование-выращивание и так далее, но с технологическим контролем критических параметров с одной стороны, и дизайна с другой. Ищем золотую середину.
Третью модель делал уже в рамках классического цикла проектирования продукта. Начал с эскиза.
Затем начался процесс доводки корпуса. На станке ЧПУ выпиливался корпус, тестировался, дорабатывался, затем снова выпиливался. В итоге работоспособным получилась только десятая версия корпуса. Самой большой проблемой было сделать комфортным нажатие клавиш. В итоге в некоторых местах толщина дерева уменьшалась до 0,7 мм! На процесс доработки корпуса у меня ушел год.
Деревянными были сделаны также колесико и разъем.
На подходе одиннадцатая версия корпуса, куда я внесу незначительные изменения. Также я начал разработку беспроводной версии мыши. Беспроводный модуль базируется на технологии Bluetooth, оптосенсор — лазерный. Аккумуляторы типоразмера ААА, 2 штуки, с возможностью замены. При подзарядке мышь будет продолжать работать. Все элементы расположены очень плотно, при компоновке пришлось изрядно поломать голову. В качестве контейнера для батареек служит полость, специально вырезанная в деревянном корпусе мыши.
Деревянные детали
Работа с деревом начинается с отбора древесины. Доски должны быть правильной геометрии, иметь минимум сучков и пороков, и иметь необходимую влажность.
Поначалу доски сушатся дома. Минимум полгода.
После этого доска распиливается на бруски небольшого размера, которые досушиваются несколько недель на месте их дальнейшей обработки. На всех этапах влажность контролируется специальным прибором. Если пренебречь процессом сушки, дерево теряет геометрическую стабильность, и изготовление и эксплуатация мыши становятся невозможными.
Подготовленные бруски обрабатываются на станке ЧПУ с помощью специально созданной программы.
С самого начала создания детали и до окончательной сборки мыши детали жестко фиксируются на металлической оснастке, чтобы ни на одном из этапов деталь не изменила своей формы и геометрических размеров.
Обработку верхней детали мыши приходится делать с ювелирной точностью, поскольку профиль ее разработан для мягкого клика и в некоторых местах очень тонок. Усилие нажатия я контролирую граммометром. В обычных мышах оно колеблется от 50 до 75 ГС. Я стараюсь добиться 50 ГС.
С деревом в моем проекте связаны самые большие трудности. Мало того, что это самая существенная часть себестоимости, так и доля брака тут весьма высока. Дерево — анизотропный материал. Его может и повести, могут попасться пороки, возникнуть сколы, да и просто ошибка в технологии финишного покрытия может привести к тому, что корпус мышки отправляется в помойку. Признаюсь, что технологию обработки я до сих пор совершенствую, и до конца не уверен, что нашел правильную. Для статистики: в первой партии из десяти корпусов до готового продукта дошло только три. Поэтому часть технологической цепочки, связанной с деревом, критически важна для себестоимости и качества готового продукта. Над ней идет постоянная работа.
В дальнейшем планирую поработать с костью. В частности, уже занимаюсь созданием колесика из кости.
Электронная часть
Первую схему мыши я разработал самостоятельно. В качестве сенсора взял топовый оптический датчик ADNS-3090 фирмы Avago, мозгами стал контроллер фирмы Atmel, остальные комплектующие брендовых компаний типа Murata, Yageo, Geyer, Omron и Molex.
Первая работающая макетка.
Также были эксперименты с различными кнопками. Я всегда пытался среди прочих подобрать себе тихую мышь. Ну а раз я ее делаю сам, то решил провести эксперимент и сделать такую мышь и опробовать ее в работе. Для этого щелкавшие левый и правый «микрики» заменил на мягкие и тихие, использовавшиеся для центральной кнопки (замечали, что центральная кнопка всегда щелкает тише?). Была создана специальная версия платы, куда и были смонтированы все три одинаковых «микрика».
Мышка была пару недель у меня в эксплуатации, и я могу поделиться выводом: в моем случае отсутствие клика — это некомфортно. Дерево частично поглощает клик, и кажется, что деревянные клавиши тугие, и приходится нажимать сильнее. Сложно описать ощущение, но наиболее близкая аналогия — как будто под пальцем находится клавиша мыши из мягкого, до хлебного мякиша, дерева, и для уверенного щелчка нужно ее дожимать.
Эксперимент можно считать удачным, поскольку получен четкий результат каким должен быть отклик от нажатия клавиши мыши — четкий, звонкий, однозначно интерпретируемый.
Подобрал и купил для мыши партию позолоченных разъемов. Как обычно, в Китае. Не знаю как насчет «лучшего контакта», но с деревом гармонируют отлично.
Экранчик, прошивка
Увлекшись идеей разместить в мышке дисплей, начал его поиски среди сотен поставщиков. Требования были простые: жесткие габаритные ограничения и возможность хотя бы символьного отображения минимум восьми знакомест. Пока подбирал, узнал о дисплеях практически все. Они различаются по типам: символьные и графические, по технологии: TAB, COG, TFT, OLED, LCD, E-Paper и другие. Каждый тип или технология имеет еще массу разновидностей, размеров, цветов, подсветки, и пр. В общем, было в чем покопаться.
Перерыв половину интернета, выяснил, что нужный мне размер изготавливает всего одна фирма на всем белом свете. Все остальные варианты однозначно больше по габаритам. И даже найденный мной дисплей еле-еле помещался внутрь мыши. Как вариант рассматривался кастомный дисплей, который мне могли изготовить по моим требованиям, но это очень дорогой вариант для меня (около ста тысяч рублей). Для первой модели вполне подойдет графический дисплей с разрешением 128 на 64 пикселей, который я и выбрал.
Для того, чтобы разобраться в том, как реально выглядит и сочетается с моей мышью дисплей, мне пришлось заказать у производителей все разновидности этого дисплея. Что означают эти разновидности? Имя модели состоит из цифро-буквенных непроизносимых сочетаний типа FP12P629AU12. Все они компонуются из различных блоков и четко расшифровываются в спецификации. Например, приведенный пример может быть собран из блоков FP.12.P.629A.U12, где зашифрован тип, размер, вольтаж, контроллер, диапазон рабочих температур и прочая информация о модели. А последний блок самый хитрый. Он может иметь несколько десятков значений, каждое из которых означает ту или иную комбинацию из таких характеристик, как наличие и цвет подсветки, цвет фона, цвет символов, диапазон градусов, с которого четко читается информация. Вот как раз эти параметры мне были интересны.
В результате «для пробы» я заказал 18 различных модификаций. Производитель согласился, но сообщил, что минимальный заказ — 5 дисплеев для каждой модификации. Деваться было некуда, и мне пришлось согласиться, зная, что 90% уйдет в помойное ведро. И вот в один из пасмурных дней служба экспресс-доставки привезла мне домой огромную коробку, в которой можно жить бомжу средней комплекции. В коробе было 18 коробок поменьше, в каждой из которой вольготно размещались 5 дисплейчиков, надежно зафиксированных для дальней поездки в холодную Россию. Сопутствующей упаковки было столько, что теще хватило укрыть несколько грядок на зиму.
В итоге, после тщательных тестов на специально собранном стенде, годными для серии оказались два дисплея. Отличаются они только фоном: серый и желто-зеленый. Именно их я и буду предлагать для комплектации мыши. По умолчанию планирую ставить желто-зеленый, но будут доступны еще два варианта: дисплей с серым фоном и мышь совсем без дисплея.
Но главная интрига заключалась в том, какую информацию можно показывать на экранчике? Мне предлагали разные идеи: температуру окружающего воздуха, индикацию прихода писем, что-то еще не очень оригинальное.
Мой ход мыслей шел по другому пути. Начнем с того, что есть два существенных ограничения на показ оперативной информации: наличие перед пользователем огромного и качественного источника любой информации (монитор) и необходимость переворачивать мышь для получения информации. Кроме того, экранчик маленький, разрешение небольшое, светодиод мешает нормальному чтению. Поэтому вывод у меня получился один: информация должна носить только развлекательный характер, прикладная ценность которой стремится к нулю, но при этом WOW!-эффект должен быть убойным.
Какая же информация может обладать такими свойствами у заурядного по сложности устройства? Ее немного: пробег, время пользования, скорость перемещения, количество кликов и прокрутки колесика. От последнего параметра я решил отказаться, так как мне он показался неинтересным. Остальные все параметры имеют привязку к сессии (последнее время использования мыши от момента подачи на нее питания, т.е. подключения к компьютеру или включения самого компьютера) и ко всему времени существования мыши. Например, пользователь может в любой момент мыши узнать сколько раз он нажал левую кнопку мыши или сколько его мышка пробежала в метрах за сегодня или со времени ее покупки. Информация абсолютно бесполезная, зато особо любопытным поможет понять, как сильно он терзает мышь. Если появятся другие интересные идеи, то их можно будет реализовать новой прошивкой.
Также добавил общую информацию по мыши (модель, номер мыши и прошивки, месяц изготовления) и экранчик настроек. Можно будет выбрать язык и систему мер (английская или метрическая). Для хранения всех этой информации пришлось добавлять в схему flash-память постоянного хранения.
Чтобы поместить такой объем информации, мне пришлось все разбить на экраны. На каждом экране отображается один тип информации, и показываются значения параметров за сессию и за все время. Всего получилось шесть экранов, которые меняются колесиком мыши.
Первый вариант был реализован в чисто текстовом ключе, для чего даже были разработаны несколько вариантов шрифтов.
Сделал прошивку, чтобы оценить как выглядит текст с использованием созданного шрифта на экранчике мышки. Ужасно выглядит, что сказать.
Теперь стало очевидным, что на экранчике нужна графика, а не набор символьной информации. Поэтому я привлек к работе дизайнера, и мы вместе подготовили три варианта графического исполнения, в итоге самым удачным был признан второй вариант.
Но это еще не конец истории. После того, как подобрал экранчик для мыши, я сделал заказ пробной партии для макеток. В итоге пришли экранчики, но почему-то количеством выводов отличающиеся от того, что указано в спецификации (datasheet). На запрос производителю пришел ответ, что, мол, все нормально, это небольшая модификация, и она никак не повлияет на работоспособность. Между тем, недостающие два проводника отвечали за яркость отображаемой графики.
Все это было очень подозрительно. И точно, как в воду глядел. Переделали плату под модифицированный экранчик, спаяли, и тут выяснилось, что экранчик совсем тусклый. Как будто у устройства сели батарейки. И выяснилось это после долгой и кропотливой работы по поиску и отбору экранчиков, закупке пробной партии всех модификаций и их испытаний. Время, деньги, и так далее.
Но история оказалась с хорошим концом. После переписки с китайцами выяснилось, что экранчик теперь может регулировать свою контрастность прямо из прошивки. Подлечили прошивку, и все стало показывать просто замечательно!
Все показывается, как и планировалось: пробег, скорость, количество кликов и прочее.
В дальнейшем прошивка также неоднократно менялась: появилась настройка для смены языка. Два языка на одном экране это плохо — ухудшается читаемость, англоязычного пользователя кириллическая абракадабра будет только раздражать, да и в будущем может понадобится поддержка других языков. Трудности начались, когда я пытался отъюстировать пробег мыши. Кажется, что там сложного: оптический сенсор передает приращение по двум координатам, которые нужно привести к системе мер и прибавлять по модулю к текущему значению. Вот и весь пробег.
Но, как оказалось, не все так просто. Двое людей с мышами, где установлен один и тот же сенсор могут получать кардинально различающиеся результаты! Все дело в том, что разрешающая способность сенсора (чувствительность) весьма сильно зависит от поверхности, по которой катается мышь. Лучший результат получается, когда мышь катается по белой бумаге. Чуть хуже по дереву и ткани. По ламинату и пленке совсем плохо. Заявленная паспортная чувствительность достигается только на идеальных, с точки зрения сенсора, поверхностях.
Для конечного пользователя это не имеет никакого значения. Он подключает мышь и методом проб и ошибок выставляет в операционной системе комфортную скорость движения курсора. Система запоминает этот коэффициент и использует его для увеличения или уменьшения значений приращения координат передвижения.
Но совсем другое дело, если вы задумали считывать эти параметры непосредственно с мыши. Мышь на одной поверхности покажет результат пробега один метр, на другой — полтора. Скорость также будет «врать». И с этим надо что-то делать.
Для решений этой задачи пришлось вводить параметр «Дискретность (Sensitivity)», который позволяет индивидуально подобрать коэффициент для каждой поверхности. По-умолчанию он равен единице, что соответствует поверхности белой бумаги. Его можно в настройках как увеличивать, так и уменьшать. Его можно вообще не трогать, все будет прекрасно работать и так. Но для истинных перфекционистов в прилагаемой к мышке листовке будет дана таблица, из которой можно подобрать коэффициент к имеющейся поверхности и инструкция, как можно самостоятельно настроить мышь для показа точного пробега.
При разработке прошивки обнаружился еще один побочный эффект работы сенсора. Если взять мышку и просто помахать ею в воздухе, то показания пробега также будут изменяться. Это связано с тем, что сенсор определяет окружающее пространство как некую поверхность и также пытается получать значения смещения мыши. Поэтому можно наблюдать такой эффект: вы переворачиваете мышь, смотрите на параметры пробега и удивляетесь тому, что они прямо у вас на глазах меняются в большую сторону. Конечно, можно установить в мыши датчик угла наклона, отключающего сенсор на время ее переворота, но делать это только для описанной ситуации неразумно. Возможно, в следующей версии он и появится, но не сейчас. Ведь мышь поднимают только чтобы посмотреть на показатели, а 99,9% процентов времени она находится на поверхности и получает правильную информацию.
Кабель
Кабель решил делать максимально гибким, чтобы он не мешал движению мышки и был «невидимым» для кинематики. Ну не нравится лично мне «пружинный» кабель.
Порой кажется, что при создании изделия кабель — самая несущественная часть изделия. Чего проще — купить в магазине нужное количество кабеля и распаять его. Плевое дело. Но, увы, не у нас в России. Порой кажется, что у нас промышленность уже не приспособлена делать ничего сложнее чугунных утюгов. Попытки найти кабель вылились в трехнедельные поиски и перетряхивание ассортимента абсолютно всех производителей российской кабельной продукции. Выяснилось: наши стандарты не описывают кабель, подходящий к современным электронным устройствам. Например, микрофонный четырехжильный кабель с оплеткой КММ 4х0.12 мм2 имеет наружный диаметр 5 мм. Это очень много. Старые мыши и клавиатуры имеют кажущимся толстый кабель, внешний диаметр которого составляет всего 3,5 мм. Ближайший аналог в продаже был кабель немецкой фирмы Lapp Kabel, но и у него внешний диаметр как раз и составлял 3,5 мм. А теперь представьте еще и оплетку на таком кабеле. Представили? Я вам скажу, что подобный кабель я видел на сетевых шнурах для утюгов
Итак, выяснилось: в России такой кабель не купить. Точка. Ну что же, мы не привыкли отступать. Иду в производство и пробую заказать, благо в России еще кабель делают. А для этого определимся с моими требованиями. Итак, что мне нужно:
Жилы — медные, из плетеных проволок (для гибкости).
Количество жил — 4.
Экран — да.
Гибкость — максимальная.
Внешний диаметр кабеля — строго не более 3 мм.
Цвет — Pantone 4625 C.
Итог: пытался списаться, наверное, с десятком возможных производителей кабельной продукции, никому не интересно возиться с моим заказом. Даже не спрашивали, какой километраж мне нужен. Итог: в России такой кабель не купить и не произвести. Грустно. Но мы не привыкли отступать.
Иду на Alibaba.com. Нахожу первого попавшегося китайского производителя, пишу письмо и буквально через несколько часов получаю ответ: сделаем для вас любой кабель! Я в шоке. Кидаю ему спецификацию, денег на доставку, и через неделю получаю образец. Вот это да! А я почти три месяца потерял, пытаюсь патриотично разместить заказ в России. Оказалось, что китайцы совершенно спокойно могут сделать мне кабель с внешним диаметром 2,5 мм.
В итоге: я заказал в Китае 4 различных сэмпла. Сначала не устроила царапаемость и матовость внешней оболочки, затем не устроила гибкость кабеля, затем опять не устроила гибкость, и в конце концов остановился на последнем присланном семпле, который готов был заказать. Гибче они не могут. Кабель имеет память. В итоге случайно получил кабель с памятью, хотя хотел максимально гибкий как веревка
Заказал километр, через две недели кабель был у меня. Общее потраченное время: шесть месяцев.
Примерно 10% кабеля ушло на отбраковку. Это начало бухт, где оплетка расплетается и станок еще не вошел в рабочий режим. И некоторые места, где по какой-то причине образовались петли и узлы нитей оплетки.
Если конец кабеля не заделать термоусадкой, то он в момент распушится, нити-то синтетические! Поэтому монтаж кабельной сборки затрудняется превентивной насадкой термоусадки.
Внешний диаметр кабеля с оплеткой получился 3,2 мм, т.е. оплетка прибавила к диаметру кабеля 0,7 мм. Кажется немного, но у обычной мыши кабель идет в основном с диаметром 3,5 мм, и он в эпоху беспроводных мышей кажется толстым и тяжелым. В последнее время не бюджетные мыши начали комплектоваться кабелями диаметром 3 мм, и они уже не так мешают при работе, их практически незаметно. А вот кабель клавиатуры может быть с внешним диаметром 4 мм. И даже больше. Но для клавиатуры это не важно.
Далее заказал кабельную сборку. Кабеля имеют две разных длины и два цвета оплетки. Так сказать, на любой вкус потребителя.
Пластиковые детали
Как бы я ни хотел сделать корпусные части мыши полностью из дерева, но без пластмассы здесь не обойтись. Нужны ножки, ось для колесика, саппорт для оси и стеклышко для дисплея.
Поэтому пришлось заказывать у китайцев пресс-форму.
После каждой тестовой отливки китайцы присылали мне десяток сэмплов, которые я тестировал на моей мышке.
В итоге я трижды дорабатывал пресс-форму, до тех пор, пока качество не стало меня удовлетворять. Проблемы были разные. Например, после сборки я получил проблему пыли, которая образуется между дисплеем и защитным стеклом. Выглядит это неопрятно. Тем более мышь будет скрести по поверхности, и пыль там будет постепенно скапливаться. Пришлось преобразовывать стеклышко в контейнер с бортиками, куда будет вкладываться дисплей, после чего контур будет герметизироваться.
Получилась вот такая деталька.
Доработка пресс-формы — совсем непростая задача, и изменения могут делаться только в сторону увеличения детали. Поэтому любая неточность или ошибка могут испортить всю работу. Для справки: каждая доработка — это полтора месяца ожидания новых семплов. А само изменение могло быть микроскопическим, но необходимым.
Не буду останавливаться на пластиковых деталях, эта технология сейчас лидирует, и ничего нового и интересного я здесь рассказать вам не смогу. Скажу лишь о ножках, для которых я долго подбирал материал с пониженным трением, после чего проводил испытания и «забеги» мышей с целью определения победителя с минимальным трением.
Обработка и покрытие
Вначале идет тщательная работа с удалением ворса, ошкуриванием и полировкой поверхности.
Передо мной стояла сложная задача. Нужно было стабилизировать дерево, чтобы геометрия мышки не менялась в зависимости от влажности, и защитить дерево от работы в агрессивной среде (пот и жир от руки).
С самого начала отказался от лака. Лак — это поверхностная пленка, которая со временем трескается, разрушается, и дерево оказывается оголенным. Пот и жир проникают в поры, дерево темнеет, и начинается необратимый процесс его деградации. Поэтому было решено использовать масло в качестве пропитки и защиты, а воск для придания коммерческого вида.
Чтобы было понятно: дерево насквозь пропитано порами, в которых содержится либо воздух, либо масло самого дерева (если дерево каучуконос). Наша задача — насколько возможно заполнить поры своим маслом, которое потом должно полимеризоваться и защитить дерево.
Чтобы не растягивать повествование, скажу что испробовал множество масел: льняное, тиковое, тунговое, вазелиновое, датское. Каждое масло имеет свой характер. Например, на тиковое масло очень плохо наносится воск, а льняное масло очень долго полимеризуется. Поэтому приходится в него вводить катализатор — сиккатив.
В итоге я разработал две технологии. Первая — технология вакуумной пропитки дерева. Работает она так: создаю в среде с маслом и деревом вакуум. Из пор начинает выходить воздух. После снятия вакуума поры заполняются маслом. Как плюс — дерево хорошо стабилизируется. Как минус — оно сильно темнеет. Смотрится хорошо, но на любителя.
Вторая технология — это поверхностное покрытие маслом. Масло наносится 1-2 или больше раз нетканой салфеткой.
Дальше обрабатываем войлочным кругом.
Наносим карнаубский воск.
И растираем муслиновым кругом.
Затем с помощью монтажного фена «растворяю» сухие остатки воска в узких и сложных местах. В случае «нерастворимого» мусора беру в руки зубную щетку с жесткой щетиной, удаляю мусор и потом опять локально повторяю процедуру нанесения воска.
Если оценивать трудозатраты обработки, то ручного труда на одну мышь получается около четырех часов.
Сборка
Дальше идет операция монтажа, но перед ней нужно еще удалить следы обработки из технологических отверстий. Затем с помощью специальной ленты 3М юстирую и наклеиваю ножки (корпус может повести на доли миллиметра, и это сразу будет заметно: он будет шататься как хромоногая табуретка). Затем прокладываю кабель, монтирую плату, саппорт, устанавливаю колесико и также, при необходимости, юстирую кнопки (не должно быть дребезга) и силу нажатия. Эта операция также может занимать до четырех часов.