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Joysticks
Para aplicaciones industriales y médicas
Guía de joysticks
Resumen
- Aplicaciones de los joysticks: la elección correcta del tipo
- Configuración de los ejes : selección de los grados de libertad disponibles
- Configuración de los ejes : la elección del limitador adecuado
- El mango: la interfaz con el usuario
- Tecnologías de sensores : ¿sin contacto, potenciométricos o por interruptor?
- Propiedades de retorno al centro y táctiles: retorno a cero y sensación de control
- Salidas e interfaces: ¿analógicas o digitales?
- Consejos y sugerencias:
- Adaptaciones del producto
Áreas de aplicación de los joysticks: la elección correcta del diseño
Para definir el mejor joystick para su aplicación, el primer paso es seleccionar el tamaño. En la mayoría de los casos, la preselección de productos puede reducirse considerablemente de este modo. Los diseños de los distintos joysticks pueden dividirse en las siguientes categorías: Joysticks pequeños ("de pulgar"), medianos ("de dedo"), gandres ("de mano") y de sobremesa. Dado que cada uno de estos tamaños fue desarrollado para aplicaciones fundamentalmente diferentes, suele ser fácil seleccionar el tipo adecuado.
Los joysticks "de pulgar" representan el diseño más pequeño
Una aplicación clásica son los mandos a distancia cuya carcasa tiene que sujetar el operador, lo que significa que ya no tiene toda la mano libre para el movimiento de entrada. Por lo tanto, el control se realiza normalmente con el pulgar, de ahí su nombre en inglés. Los joysticks pequeños también se incorporan a los paneles de control o a los grandes joysticks, ya que el espacio suele ser limitado y las dimensiones de los joysticks pequeños no son mucho mayores que las de los botones e interruptores.
Los joysticks "de dedo" son los más polivalentes de la gama con tamaño medio
Ofrecen al usuario la máxima precisión de funcionamiento debido a que la persona puede ejercer el mejor control al accionar el mango con los dedos o la punta de los dedos. Las posibilidades de aplicación son muy diversas y, por tanto, la gama de joysticks medianos es también la más amplia. Este diseño es especialmente útil para aplicaciones como el control de equipos médicos, cámaras de vigilancia o máquinas móviles.
Los joysticks "de mano" son el tipo más grande
En general, puede decirse que la estabilidad mecánica aumenta con el tamaño. Pero la aplicación también impone mayores exigencias al producto. Por ello, los joysticks grandes se encuentran en el sector "pesado" para controlar grúas, maquinaria de construcción y otros vehículos y sistemas de gran tamaño. En este caso, los requisitos de seguridad son especialmente elevados y suele ser necesaria una electrónica y unos sensores redundantes. En consecuencia, los costes de inversión aumentan con el tamaño del joystick.
Los joysticks de sobremesa representan un grupo especial.
Por lo general, se trata de joysticks medianos integrados en carcasas de mesa, que suelen ofrecer algunos botones para funciones adicionales. Estos dispositivos de entrada cubren la gran demanda de aplicaciones fijas con joysticks medianos ya instalados de forma permanente. Merece la pena mencionar especialmente el ámbito de la videovigilancia. Hoy en día, sólo son importantes las versiones USB, ya que la información de entrada suele transferirse inmediatamente a un ordenador.
Configuración de los ejes
Selección de los grados de libertad disponibles
Cada modelo de joystick tiene ciertas limitaciones en cuanto al número de grados de libertad disponibles y su libertad de movimiento para el funcionamiento. Los grados de libertad se llaman ejes en los joysticks. La mayoría de los modelos ofrecen 2 ejes, es decir, la desviación del mango puede ser en dirección X e Y (adelante-atrás, izquierda-derecha). Además, en algunos modelos el mango también puede girar. Esto se llama el eje z y en diseños simples permite introducir un total de 3 grados de libertad. La mayoría de los joysticks pequeños o "de pulgar" ofrecen un máximo de 2 grados de libertad. Muchos joysticks medianos o "de dedo" están disponibles como joysticks de 3 ejes. Sin embargo, se pueden implementar muchos más ejes en los joysticks grades. En la placa de la cabeza de estos joysticks hay espacio para elementos de entrada adicionales y, por tanto, posibilidades de implementar los grados de libertad correspondientes.
Una excepción a la gama es nuestro módulo SpaceMouse®: Aquí, el mando de control puede desviarse en las tres direcciones espaciales; además, es posible la inclinación/rotación de cada dirección espacial. El resultado es un total de 6 grados de libertad que permiten una navegación y un control directos e intuitivos en el espacio tridimensional.
Configuración del eje - selección del limitador
La libertad de movimiento de los ejes principales puede restringirse en casi todos los modelos. En algunas aplicaciones, el segundo eje debe bloquearse cuando el primer eje se desvía (enlace "plus"). En otros casos, sólo debería ser posible la flexión simultánea en una medida reducida (enlace redondo). El limitador cuadrado ofrece total libertad de movimiento. Algunos modelos de joystick grandes ofrecen la posibilidad de retención en el centro o a un ángulo específico de desviación. Para ello, consulte el apartado "Propiedades de retorno al centro y táctiles".
El mango - interfaz con el usuario
La capacidad de configuración de los mandos aumenta con el tamaño del modelo. Los joysticks pequeños ofrecen muchas formas de mangos y unos pocos ofrecen la posibilidad de incorporar un pulsador en el mismo.
Con los joysticks medianos, la variedad aumenta aún más y ya es posible pulsar varios botones.
Los joysticks grandes ofrecen la mayor variedad de opciones de mando. En este caso, casi todos los modelos son incluso personalizados para la aplicación. La configurabilidad suele ser mayor que la indicada en las hojas de datos. Póngase en contacto con nosotros para obtener la mejor solución para su aplicación.
Selección de la tecnología de los sensores
¿Sin contacto, potenciométrico o por interruptor?
En la actualidad, hay dos tecnologías principales para los joysticks eléctricos industriales: Sensores Hall y sensores potenciométricos.
La tecnología de sensores Hall es una tecnología sin contacto en la que la detección sensorial de la desviación es sin contacto. Esto tiene la ventaja de que no cabe esperar prácticamente ningún desgaste y, por tanto, ningún cambio en el comportamiento del sensor durante todo el tiempo de funcionamiento. Si no hay razones particulares para excluir esta tecnología, como fuertes campos de interferencia electromagnética en el entorno de la aplicación, la elección suele recaer en los sensores Hall.
Los sensores potenciométricos utilizan elementos de tipo cursor y resistencia para la detección sensorial. Sólo los potenciómetros de alta calidad, denominados de precisión, cumplen los requisitos de calidad de señal y vida útil. La ventaja de esta tecnología es su insensibilidad a los campos de interferencia electromagnéticos externos. Especialmente en la tecnología médica, los joysticks con sensores potenciométricos siguen utilizándose. En este caso, los requisitos de inmunidad a la radiación de rayos X, otros campos de interferencia y las descargas electrostáticas son muy elevados.
Si las aplicaciones no requieren una señal de salida continua entre la desviación mínima y la máxima, las palancas de conmutación (switch sticks) son una buena opción. Sólo están equipados con interruptores que detectan la desviación del joystick. Gracias a su diseño simple y sencillo, los interruptores son muy insensibles a las interferencias y perturbaciones. Sin embargo, el número de operaciones de conmutación es limitado y suele dar lugar a una vida útil más corta. Un caso especial es el uso de palancas de conmutación para conmutar altas corrientes directamente a través del joystick, lo que de otro modo tiene que hacerse con un relé externo.
En general, hay que señalar que la tecnología de sensores utilizada no dice nada sobre la calidad y la durabilidad de la mecánica del joystick. Por ejemplo, con componentes de bajo coste, la mecánica puede fallar mucho antes que los sensores, por lo que no se debe sobrevalorar la tecnología de los sensores. En casos poco complicados, recomendamos los joysticks Hall compactos, ya que son los más fáciles de integrar hoy en día y son muy adecuados para la mayoría de las aplicaciones. En las aplicaciones críticas para la seguridad, a menudo se requieren versiones redundantes, con dos elementos sensores por eje. Casi todos nuestros modelos están disponibles opcionalmente en versión redundante.
Propiedades de retorno al centro y táctiles
Por regla general, la aplicación determina si el joystick debe volver a la posición inicial cuando no se acciona (por retorno de muelle) o si debe permanecer en la última posición en una o varias direcciones de desviación (freno de fricción, opcionalmente también por posiciones de retención). La mayoría de los modelos modernos de joystick están equipados con un muelle central. De este modo, se consigue que la palanca de mando vuelva a la posición central en ambas direcciones de desviación. La fuerza del muelle se puede ajustar. Por razones de diseño, con esta tecnología no se pueden realizar más ajustes, como un freno de fricción adicional. Si la aplicación requiere un freno de fricción o posiciones de retención, se deben utilizar modelos especiales cuya construcción es más grande y compleja, pero por lo tanto más flexible para tales ajustes.
Salidas/interfaces: ¿analógicas o digitales?
Casi todos los modelos de joystick ofrecen salidas de tensión analógicas en el rango de 0-5 V. Suelen ser las versiones básicas de los productos y, en consecuencia, también las más baratas. Como los potenciómetros son básicamente componentes pasivos, los joysticks equipados con potenciómetros suelen ofrecer sólo salidas analógicas. Para algunos modelos, sólo hay versiones analógicas, lo que es suficiente para la mayoría de las aplicaciones. Los modelos modernos con sensores sin contacto ofrecen interfaces digitales adicionales, como la modulación por ancho de pulso (PWM), USB, RS232 (serie) y variantes de bus CAN. Las interfaces que se ofrecen son a veces muy diferentes y sólo aparecen para determinadas series. Por lo tanto, vale la pena mirar estos productos sólo cuando la interfaz está especificada.
Consejos y sugerencias
Cableado
Dependiendo de la tecnología de sensores utilizada, la electrónica de evaluación debe diseñarse de forma muy diferente. Los joysticks de efecto Hall utilizan circuitos integrados como elementos sensores, que se instalan en placas de circuitos dentro de la carcasa del joystick. Por lo tanto, en función del diseño de la placa de circuito impreso, deben respetarse diferentes parámetros de funcionamiento, que pueden consultarse en la hoja de datos. Por lo tanto, esto también se aplica en general a los sistemas de buses ofrecidos. Sin embargo, en los modelos potenciométricos con salidas analógicas, los sensores de ángulo son componentes pasivos (potenciómetros de plástico conductor) y los modelos no suelen estar equipados con ninguna electrónica de control. Las conexiones conducen directamente a los potenciómetros, que deben funcionar en un circuito divisor de tensión para no dañar los sensores. Preste especial atención a que no fluya ninguna corriente relevante a través de las salidas, ya que esto dañaría el cursor del potenciómetro.
Influencias ambientales
Las vibraciones, la sobrecarga mecánica, el calor, las sustancias agresivas, etc. pueden poner en peligro la seguridad de funcionamiento de los elementos de entrada. La resistencia de los distintos modelos varía mucho y, por lo general, los precios más elevados se justifican por una mayor resistencia o, en general, por unas especificaciones técnicamente mejores. Por regla general, los grados de protección especificados se indican encima del panel. Si se espera que haya humedad por debajo del sellado, se deben seleccionar productos que permitan el sellado opcional de la electrónica. Póngase en contacto con nosotros si tiene este requisito. Las temperaturas de funcionamiento especificadas se aplican, por un lado, como valores de referencia para las propiedades de reajuste de la mecánica y de los elastómeros utilizados para las juntas, pero también para los componentes electrónicos. La mayoría de los joysticks también funcionan a temperaturas inferiores a las especificadas en la hoja de datos. Especialmente para aplicaciones relevantes para la seguridad, aconsejamos no utilizar los joysticks fuera de estos límites.
Montaje
La mayoría de los modelos pueden instalarse en un panel desde arriba. Normalmente, la base, la carcasa del joystick, es redonda y se fija con 4 tornillos. En algunos modelos, el manago puede pasar a través del hueco del panel y, por lo tanto, también puede instalarse en el panel desde abajo. Dependiendo de la clase de protección y del tipo general de construcción, las cubiertas de los mecanismos (fuelles de goma) se atornillan con un anillo de cobertura para formar un sello, o se suministran sellos separados para asegurar el sello en el panel.
Ajustes del producto
En MEGATRON, nos basamos en décadas de experiencia como socio fiable para los clientes de tecnología industrial y médica. Nuestro punto fuerte es la personalización de los productos. La adaptación óptima de nuestros joysticks a la aplicación es especialmente demandada para cantidades pequeñas y medianas, ya que a menudo se atiende a nichos de mercado. Los joysticks ofrecen diversas opciones de personalización. Dependiendo de la característica que se vaya a modificar, estas adaptaciones pueden realizarse ya para pequeñas cantidades. Póngase en contacto con nosotros y descríbanos su solicitud: ¡encontraremos la mejor solución para su aplicación!
Los joysticks industriales modernos suelen ser sistemas modulares. Esto permite adaptar el joystick a la aplicación de forma relativamente económica, ya que los componentes individuales pueden cambiarse fácilmente durante el montaje. La disponibilidad de los componentes depende de las necesidades del mercado y define lo que es una variante estándar o especial. Gracias al sistema modular, el esfuerzo para los diseños especiales personalizados se mantiene dentro de los límites, ya que sólo hay que adaptar o rediseñar módulos individuales. Una cosa que tienen en común el sistema modular y los joysticks multivariantes es que la abundancia de opciones hace prácticamente imposible representar todas las combinaciones eléctricas y mecánicas posibles o incluso almacenarlas como un artículo físico. Esto se debe a que el número total de todos los productos que puede generar la clave de pedido resulta de forma multiplicativa de las opciones de cada módulo del kit de construcción. Especialmente en el caso de series de productos muy adaptables con muchas opciones, la variedad de artículos asciende a varios cientos o miles de variantes que resultan de la combinatoria de la clave de pedido. Por este motivo, en la ficha técnica de algunas series hemos destacado las opciones de producto que tienen un alto nivel de aceptación en el mercado y las hemos declarado como estándar.
Las opciones de selección de las características del joystick son adaptaciones eléctricas o mecánicas. Además, realizamos adaptaciones del producto que van más allá de las opciones de la clave de pedido y mencionamos otras posibilidades a modo de ejemplo. Lo que nos distingue es precisamente la capacidad de optimizar la oferta a los requisitos de la aplicación. El requisito previo para ello es conocer la aplicación lo mejor posible. Sólo así podemos analizar las posibilidades técnicas y la aplicación económica del producto que solicita y, al mismo tiempo, escojer la mejor opción de entre toda nuestra cartera de productos. En el marco de nuestro asesoramiento, determinamos el mejor producto con respecto a los requisitos de su aplicación y, si es necesario, sugerimos productos alternativos si ofrecen ventajas económicas y técnicas para usted.
Optimizaciones mecánicas y eléctricas
Montaje de cables y conectores
Ahorre tiempo y esfuerzo recibiendo su producto ya premontado y adecuado para su aplicación. Indíquenos los requisitos relativos a las condiciones ambientales y a la situación de la instalación - bajo demanda, nos encargaremos de la preparación de la documentación técnica, de la adquisición operativa y de la realización del montaje de los cables y conectores del artículo ofrecido.
Optimización de la forma del pomo
Existe una amplia selección de variantes de mandos para diversas series de joysticks, a fin de optimizar la sensación de manejo para su aplicación. Pero también realizamos una adaptación de la forma del pomo según los deseos del cliente. Si lo desea, preparamos propuestas de diseño y adquirimos todos los componentes necesarios para realizar el producto ideal para su aplicación.
Adaptación de la programación
Los joysticks Hall y los modelos con sistemas de sensores ópticos, en particular, utilizan modernos componentes programables con los que se puede adaptar el comportamiento de la señal del joystick a la aplicación: por ejemplo, el comportamiento de respuesta cuando se desvía de la posición central (zona muerta, véase la ilustración de al lado) o el cambio del intervalo de la señal en la salida. Analizamos las condiciones técnicas en las que es posible una programación especial en la producción en serie y realizamos prototipos para su aplicación. En función de las posibilidades, los joysticks se reprograman durante la línea de producción o por separado con equipos de producción especialmente creados.
Adaptación del color y la forma
Como elemento de control, la interfaz del joystick se encuentra muy a menudo en el campo de visión central de la aplicación. Por lo tanto, el valor de reconocimiento es de gran importancia. Nos encargamos del diseño corporativo correspondiente según sus especificaciones. Gracias a las impresoras 3D, se pueden fabricar rápidamente prototipos impresos para la toma de muestras y así encontrar la forma ideal en un tiempo relativamente corto. Con el número adecuado de piezas, el diseño se realiza de forma rentable mediante moldeo por inyección.
Adaptación de la sensación táctil y de manejo
La sensación de funcionamiento en la aplicación está muy influenciada por la forma y el material del mango, pero sobre todo por la fuerza necesaria para la deflexión. Por ejemplo, una fuerza restauradora elevada puede provocar una fatiga más rápida del operario que una fuerza restauradora baja. Sin embargo, una fuerza de restablecimiento relativamente alta suele permitir un control preciso de la máquina. Como siempre, depende de los requisitos de la aplicación y siempre que el diseño del joystick permita un ajuste del muelle, es un esfuerzo razonable. Sólo tiene que ponerse en contacto con nosotros para conocer las posibilidades del modelo de joystick que prefiera.
Adaptación de las funciones
Otra adaptación habitual es la incorporación óptima de funciones adicionales en el mando de los joysticks. Numerosos joysticks ofrecen ya una amplia gama de opciones. Y, básicamente, el número de elementos que se pueden alojar está limitado por el espacio posible en el mango y el número de cables eléctricos que deben pasar por la base. Junto con usted, averiguaremos las posibilidades según sus requisitos y, si es necesario, realizaremos diseños personalizados para realizar las funciones operativas requeridas de la mejor manera posible.
Joysticks pequeños ("de pulgar") para dispositivos portátiles o integración en paneles, joysticks medianos ("de dedo") para tareas de control sensibles, joysticks grandes ("de mano") para uso en los entornos más duros y joysticks en carcasas ergonómicas de sobremesa con botones integrados para funciones adicionales. De este modo, atendemos una amplia gama de necesidades de los clientes y, al mismo tiempo, respondemos a los requisitos individuales mediante el desarrollo, la producción y la garantía de calidad internos y ofrecemos soluciones personalizadas.
En los joysticks que ofrece MEGATRON se utilizan modernos sensores Hall sin contacto o potenciómetros de alta calidad. Nuestros joysticks industriales se caracterizan sobre todo por sus componentes y diseños de alta calidad que garantizan un funcionamiento duradero y sin problemas. Debido a la amplia gama de aplicaciones posibles y a sus diversos requisitos para los joysticks, MEGATRON ofrece soluciones para cada necesidad.
Los joysticks desempeñan un papel fundamental como dispositivos de entrada en los conceptos de funcionamiento en la interfaz entre el hombre y la máquina. Se utilizan en muchas aplicaciones industriales, como la robótica, las grúas, la maquinaria agrícola y forestal, la maquinaria de construcción, la tecnología médica, así como para controlar máquinas móviles y líneas de producción industrial. Debido a las condiciones ambientales, a menudo duras, un joystick industrial debe tener propiedades robustas y de larga duración para minimizar los fallos.