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Daumen-, Finger-, Hand- und Desktop-Joysticks
Ratgeber Joysticks
Joysticks
Joysticks für industrielle und medizinische Anwendungen
Daumenjoysticks für tragbare Geräte oder Panelintegration, Fingerjoysticks für feinfühlige Steuerungsaufgaben, Handjoysticks für den Einsatz in rauesten Umgebungen und Joysticks in ergonomischen Tischgehäusen mit integrierten Tastern für Zusatzfunktionen. So bedienen wir vielfältige Kundenwünsche und gehen gleichzeitig durch interne Entwicklung, Fertigung und Qualitätssicherung auf individuelle Anforderungen ein und bieten kundenspezifische Lösungen.
In den angebotenen Joysticks von MEGATRON werden moderne berührungslos arbeitende Hall-Sensoren oder hochwertige Potentiometer eingesetzt. Unsere Industriejoysticks zeichnen sich insbesondere durch qualitativ hochwertige Komponenten und Konstruktionen aus, die langlebige und störungsfreie Funktion gewährleisten. Aufgrund der großen Bandbreite möglicher Anwendungen und deren vielfältigen Anforderungen an die Joysticks bietet MEGATRON Lösungen für jeden Bedarf.
Joysticks kommen als Eingabegeräte in Bedienkonzepten an der Schnittstelle von Mensch zu Maschine eine zentrale Rolle zu. Sie werden in vielen industriellen Anwendungen eingesetzt, wie in der Robotik, in Kränen, in Land- und Forstmaschinen, in Baumaschinen, in der Medizintechnik, sowie zur Steuerung mobiler Maschinen und in industriellen Fertigungslinien. Durch die oft rauen Umgebungsbedingungen muss ein industrieller Joystick robuste und lange Lebensdauereigenschaften aufweisen, um Ausfälle zu minimieren.
Inhaltsangabe
- Einsatzgebiete für Joysticks – die richtige Auswahl der Bauart
- Achsenkonfiguration – die Auswahl der verfügbaren Freiheitsgrade
- Achsenkonfiguration – die Auswahl der richtigen Kulisse
- Der Griff – das Interface zum Anwender
- Sensortechnologien – kontaktlos, potentiometrisch oder per Schalter?
- Rückstelleigenschaften und Haptik – Feedback und Steuerungsgefühl
- Ausgänge und Schnittstellen – analog oder digital?
- Tipps und Hinweise:
- Produktanpassungen
Einsatzgebiete für Joysticks – die richtige Auswahl der Bauart
Um den besten Joystick für Ihre Anwendung zu definieren, steht an erster Stelle die Wahl der Baugröße. In den meisten Fällen lässt sich so die Vorauswahl der Produkte bereits stark eingrenzen. Die Bauarten der verschiedenen Joysticks lassen sich in folgende Kategorien einteilen: Daumen-, Finger-, Hand-, und Desktopjoysticks. Da jede dieser Baugrößen für grundlegend andere Anwendungen entwickelt wurde, fällt die Auswahl der richtigen Bauart meist leicht.
Daumenjoysticks stellen die kleinste Bauart
Eine klassische Anwendung sind Fernsteuerungen, deren Gehäuse der Bediener festhalten muss, wodurch er für die Eingabebewegung nicht mehr die gesamte Hand frei hat. Die Steuerung erfolgt daher typischerweise durch den Daumen. Daumenjoysticks werden auch in Bedienpanels oder in große Handjoysticks verbaut, weil hier der Platz oft begrenzt ist und die Abmessungen der Daumenjoysticks nicht viel größer als die von Tastern und Schaltern sind.
Fingerjoysticks sind die Allrounder im Sortiment bei mittlerer Baugröße
Sie bieten dem Anwender höchste Bedienpräzision durch die Tatsache, dass der Mensch mit den Fingern bzw. Fingerspitzen die beste Kontrolle beim Bedienen des Knaufs ausüben kann. Die Applikationsmöglichkeiten sind sehr vielfältig und daher ist auch das Sortiment an Fingerjoysticks am größten. Für Anwendungen zur Steuerung von medizinischen Geräten, Überwachungskameras oder mobilen Arbeitsmaschinen spielt diese Bauart besonders ihre Stärken aus.
Handjoysticks stellen die größte Bauart
Allgemein lässt sich sagen, dass mit der Größe prinzipiell die mechanische Stabilität zunimmt. Aber auch die Anwendung stellt diese erhöhten Anforderungen an das Produkt. Handjoysticks finden sich deshalb im „Heavy-Duty“-Bereich zur Steuerung von Kränen, Baumaschinen und anderen großen Fahrzeugen und Anlagen. Hier sind die Sicherheitsanforderungen besonders hoch und meist redundante Elektronik und Sensorik gefragt. Dementsprechend nehmen auch die Investitionskosten mit der Größe des Joysticks zu.
Eine besondere Gruppe stellen die Desktop-Joysticks
In der Regel handelt es sich um integrierte Fingerjoysticks in Tischgehäusen, die meist noch einige Taster für Zusatzfunktionen im Gehäuse bieten. Diese Eingabegeräte decken den recht großen Bedarf für stationäre Anwendungen mit bereits fest verbauten Fingerjoysticks ab. Besonders zu nennen ist der Bereich zur Videoüberwachung. Hier sind heutzutage nur noch USB-Varianten von Bedeutung, weil die Eingabeinformationen meist sofort an einen Rechner übergeben werden.
Achsenkonfiguration
Auswahl der verfügbaren Freiheitsgrade
Jedes Joystick-Modell weist gewisse Einschränkungen bezüglich der Anzahl der verfügbaren Freiheitsgrade und deren Bewegungsfreiheit für die Bedienung auf. Die Freiheitsgrade werden bei Joysticks Achsen genannt. Die meisten Modelle bieten 2 Achsen, d.h. die Auslenkung des Knaufs kann in X und Y-Richtung (Vor-Zurück, Links-Rechts) erfolgen. Zusätzlich kann bei einigen Modellen der Knauf zusätzlich gedreht werden. Dies wird als z-Achse bezeichnet und ermöglicht in einfachen Bauarten die Eingabe von insgesamt 3 Freiheitsgraden.
Die meisten Daumenjoysticks bieten maximal 2 Freiheitsgrade. Viele Fingerjoysticks sind als 3-Achs-Joysticks erhältlich. Jedoch sind bei Handjoysticks weitaus mehr Achsen implementierbar. In der Kopfplatte dieser Joysticks findet sich Platz für zusätzliche Eingabeelemente und dadurch Möglichkeiten für die Umsetzung entsprechender Freiheitsgrade.
Eine Ausnahme im Sortiment bildet unser SpaceMouse® Module: Hier lässt sich der Bedienknauf in alle drei Raumrichtungen auslenken – zusätzlich ist eine Kippung/Rotation jeder Raumrichtung möglich. Dadurch ergeben sich insgesamt 6 Freiheitsgrade, die eine direkte, intuitive Navigation und Steuerung im 3-dimensionalen Raum ermöglichen.
Achsenkonfiguration – Auswahl der Kulisse
Die Bewegungsfreiheit der Hauptachsen lässt sich bei fast allen Modellen einschränken. In manchen Anwendungsfällen soll bei Auslenkung der ersten Achse die zweite gesperrt sein („Plus“-Kulisse). In anderen Fällen soll lediglich die gleichzeitige Auslenkung nur in verringertem Maße möglich sein (Runde-Kulisse). Volle Bewegungsfreiheit bietet die quadratische Kulisse. Einige Handjoystickmodelle bieten die Möglichkeit, in der Mitte bzw. bei Auslenkung einzurasten. Hierfür siehe den Abschnitt „Rückstelleigenschaften und Haptik“.
Der Griff – Interface zum Anwender
Die Konfigurierbarkeit der Knäufe nimmt mit der Größe des Modells zu. Daumenjoysticks bieten viele Knaufformen und einige wenige die Möglichkeit, mit Druck auf den Knauf zu schalten.
Bei Fingerjoysticks nimmt die Vielfalt weiter zu und es sind bereits mehrere Druckknöpfe möglich.
Handjoysticks bieten die größte Vielfalt an Knauf-Optionen. Hier werden sogar fast alle Modelle für die Applikation kundenspezifisch angepasst. Die Konfigurierbarkeit ist meist höher als auf den Datenblättern angegeben. Kontaktieren Sie uns, um die beste Lösung für Ihre Applikation zu erhalten!
Auswahl der Sensortechnologie
Kontaktlos, potentiometrisch oder per Schalter?
Von Bedeutung für elektrische Industrie-Joysticks sind heutzutage im Wesentlichen zwei Technologien: Hall-Sensoren und potentiometrische Sensoren.
Bei Hall-Sensorik handelt es sich um eine kontaktlose Technologie, bei der die sensorische Detektion der Auslenkung berührungslos erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass praktisch keine Abnutzung und daher auch keine Änderung des Sensorverhaltens über die gesamte Laufzeit zu erwarten ist.
Wenn es keine besonderen Ausschlussgründe für diese Technologie gibt, wie z. B. starke elektromagnetische Störfelder in der Umgebung der Anwendung, dann fällt die Wahl in der Regel auf Hall-Sensoren.
Potentiometrische Sensoren nutzen zur sensorischen Detektion Schleifer- und Widerstandselemente. Nur qualitativ hochwertige, sogenannte Präzisionspotentiometer genügen den Anforderungen an Güte und Lebensdauer. Der Vorteil dieser Technologie liegt in der Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Störfeldern. Besonders in der Medizintechnik sind nach wie vor Joysticks mit potentiometrischen Sensoren im Einsatz. Hier sind die Anforderungen an Immunität gegenüber Röntgenstrahlung, anderen Störfeldern und elektrostatischen Entladungen sehr hoch.
Ist in Anwendungen kein kontinuierliches Ausgangssignal zwischen minimaler und maximaler Auslenkung vonnöten, bieten sich Switchsticks an. Diese sind lediglich mit Schaltern ausgestattet, die die Auslenkung des Joysticks detektieren. Dank der simplen und einfachen Bauart, sind Schalter sehr unempfindlich gegen Störungen und Störeinflüsse. Jedoch ist die Anzahl der Schaltvorgänge begrenzt und äußert sich meist in einer geringeren Lebensdauer. Einen Sonderfall stellt der Einsatz von Switchsticks für die Schaltung von hohen Strömen direkt über den Joystick dar, was ansonsten mit einem externen Relais bewerkstelligt werden muss.
Allgemein zu beachten gilt, dass die eingesetzte Sensorik nichts über die Qualität und Haltbarkeit der Mechanik des Joysticks aussagt. So kann es passieren, dass bei Low-Cost-Komponenten die Mechanik lange vor der Sensorik versagt, weswegen die Sensortechnologie nicht überbewertet werden sollte. In unkomplizierten Fällen empfehlen wir kompakte Hall-Joysticks, da diese heute am einfachsten zu integrieren und für die meisten Anwendungen sehr gut geeignet sind.
Bei sicherheitskritischen Anwendungen sind oftmals redundante Ausführungen gefragt, die zwei Sensorelemente pro Achse aufweisen. Beinahe jedes unserer Modelle ist optional als redundante Ausführung verfügbar.
Rückstelleigenschaften und Haptik
In der Regel legt die Anwendung fest, ob der Joystick bei Nichtbetätigung in die Ausgangslage zurückkehren soll (durch Federrückstellung) oder ob dieser in eine oder mehrere Auslenkungsrichtungen in der letzten Position verharren soll (Reibungsbremse, optional auch durch Rastpositionen).
Die meisten modernen Joystick-Modelle sind mit einer Zentralfeder ausgestattet. Diese verwirklicht die Rückstellung des Bedienhebels für beide Auslenkungsrichtungen auf die Mittelstellung. Die Stärke der Feder lässt sich anpassen. Aus konstruktiven Gründen können darüber hinaus keine weiteren Anpassungen wie eine zusätzliche Reibungsbremse implementiert werden.
Verlangt die Anwendung nach Reibungsbremse oder Rastpositionen, dann muss auf besondere Modelle zurückgegriffen werden, deren Konstruktion zwar größer und aufwändiger, aber dadurch entsprechend flexibler für solche Anpassungen ist.
Ausgänge/Schnittstellen – analog oder digital?
Beinahe alle Joystick-Modelle bieten analoge Spannungsausgänge im Bereich 0-5 V. Dabei handelt es sich meist um die Basisversionen der Produkte und dementsprechend auch um die günstigsten Ausführungen. Da Potentiometer grundsätzlich passive Bauelemente sind, bieten potentiometrisch ausgestattete Joysticks in der Regel nur Analogausgänge. Für einige Modelle stehen nur Analogvarianten zur Auswahl, was für die meisten Anwendungen ausreicht. Moderne Modelle mit berührungslosen Sensoren bieten zusätzlich digitale Schnittstellen, wie beispielsweise Pulsweitenmodulation (PWM), USB, RS232 (seriell) und CAN-Bus-Varianten. Die angebotenen Schnittstellen sind teilweise sehr unterschiedlich und nur für bestimmte Serien aufgeführt. Daher zahlt es sich aus, bei festgelegter Schnittstelle nur noch diese Produkte zu betrachten.
Tipps und Hinweise
Beschaltung
Je nach eingesetzter Sensortechnologie ist die Auswerteelektronik sehr unterschiedlich zu gestalten. Halleffekt-Joysticks nutzen integrierte Schaltungen als Sensorelemente, die auf Leiterplatten innerhalb des Gehäuses der Joysticks verbaut sind. Je nach Leiterplattendesign sind daher unterschiedliche Betriebsparameter einzuhalten, die auf dem Datenblatt zu finden sind. Dies gilt daher allgemein auch für die angebotenen Bussysteme.
Bei potentiometrischen Modellen mit Analogausgängen sind die Winkelsensoren allerdings passive Bauelemente (Leitplastik-Potentiometer) und die Modelle meist mit keiner Regelungselektronik ausgestattet. Die Anschlüsse führen direkt an die Potentiometer, welche unbedingt in Spannungsteilerschaltung betrieben werden müssen, um die Sensoren nicht zu beschädigen. Bitte achten Sie hier besonders darauf, dass kein relevanter Strom über die Ausgänge fließt, da die Schleifer der Potentiometer dadurch Schaden nehmen.
Umwelteinflüsse
Vibrationen, mechanische Überbelastung, Hitze, aggressive Substanzen, usw. können die Betriebssicherheit von Eingabeelementen gefährden. Die Widerstandsfähigkeit der einzelnen Modelle unterscheidet sich sehr stark und generell sind höhere Preise durch höhere Widerstandsfähigkeit bzw. allgemein durch technisch bessere Spezifikationen gerechtfertigt.
Generell gilt: Die spezifizierten Schutzarten werden oberhalb des Panels angegeben. Wenn unterhalb der Abdichtung Feuchtigkeit zu erwarten ist, müssen Produkte ausgewählt werden, die eine optionale Abdichtung der Elektronik erlauben. Bitte kontaktieren Sie uns, wenn Sie diese Anforderung haben. Die spezifizierten Betriebstemperaturen gelten einerseits als Referenzwerte für die Rückstelleigenschaften der Mechanik und für die eingesetzten Elastomere für die Abdichtungen, andererseits aber auch für die elektronischen Bauteile. Die meisten Joysticks funktionieren auch bei niedrigeren Temperaturen, als im Datenblatt angegeben. Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungen raten wir davon ab, die Joysticks außerhalb dieser Grenzen zu betreiben.
Montage
Die meisten Modelle können von oben in ein Panel eingebaut werden. Typischerweise ist die Basis, der Joystick-Topf, rund ausgeführt und wird mittels 4 Schrauben befestigt. Bei einigen Modellen passt der Griff durch die Aussparung im Panel und können daher auch von unten in das Panel eingebaut werden. Je nach Schutzart und genereller Art der Konstruktion, werden die Abdeckungen der Mechanik (Gummibalg) mit einem Abdeckring dichtend verschraubt oder es werden eigene Dichtungen mitgeliefert, die die Dichtung im Panel sicherstellen.
Produktanpassungen
Wir von MEGATRON greifen als verlässlicher Partner für Industrie- und Medizintechnikkunden auf eine jahrzehntelange Erfahrung zurück. Unsere besondere Stärke ist die kundenspezifische Anpassung von Produkten. Gerade die optimale Abstimmung unserer Joysticks auf die Applikation ist bei kleinen bis mittleren Stückzahlen gefragt, da hier oftmals Nischenmärkte bedient werden.
Joysticks bieten eine Vielfalt an Anpassungsmöglichkeiten. Je nach Merkmal, das modifiziert werden soll, können diese Anpassungen bereits bei geringen Stückzahlen durchgeführt werden. Bitte kontaktieren und schildern Sie uns Ihr Anliegen – wir finden die beste Lösung für Ihre Applikation!
Bei modernen Industriejoysticks handelt es sich meist um modulare Baukastensysteme. Dies ermöglicht eine relativ kostengünstige Anpassung des Joysticks an die Applikation, da einzelne Komponenten beim Zusammenbau einfach getauscht werden können. Die Verfügbarkeit der Komponenten richtet sich nach Marktbedürfnissen und definiert, was eine Standard- bzw. eine Sondervariante ist. Dank des Baukastensystems hält sich der Aufwand für kundenspezifische Sonderanfertigungen im Rahmen, da nur einzelne Module angepasst oder neu konstruiert werden müssen.
Eines haben Baukasten und variantenreiche Joysticks gemein: Durch die Fülle an Optionen wird es praktisch unmöglich, jede elektrische und mechanische Kombinationsmöglichkeit darzustellen oder sogar als physischen Artikel zu bevorraten. Denn die Gesamtanzahl aller durch den Bestellschlüssel erzeugbaren Produkte ergibt sich multiplikativ aus den Wahlmöglichkeiten für jedes Modul des Baukastens. Insbesondere bei sehr anpassungsfähigen Produktreihen mit vielen Optionen beläuft sich die Artikelvielfalt auf mehrere hundert bis tausend Varianten, die sich durch die Kombinatorik des Bestellschlüssels ergibt. Deshalb haben wir bei einigen Serien jene Produktoptionen im Datenblatt hervorgehoben, die am Markt eine hohe Akzeptanz aufweisen und als Standard deklariert.
Bei den Auswahloptionen der Joystick-Merkmale handelt es sich um elektrische oder mechanische Anpassungen. Zudem verwirklichen wir Produktanpassungen, die über die Optionen im Bestellschlüssel hinausgehen und nennen beispielhaft weitere Möglichkeiten. Gerade die Fähigkeit der Angebotsoptimierung auf die Anforderungen der Applikation zeichnet uns aus.
Voraussetzung dafür ist die Applikation und das Einsatzgebiet bestmöglich zu kennen. Nur so können wir das von Ihnen angefragte Produkt in seinen technischen Möglichkeiten sowie in seiner ökonomischen Umsetzung analysieren und sichten zugleich unser gesamtes Produktportfolio. Im Rahmen unserer Beratung ermitteln wir das beste Produkt hinsichtlich Ihrer Applikationsanforderungen und schlagen ggf. Alternativ-Produkte vor, falls es in wirtschaftlicher sowie technischer Hinsicht Vorteile für Sie bietet.
Mechanische und elektrische Optimierungen
Konfektionieren von Kabeln und Steckern
Sparen Sie Zeit und Aufwand, indem Sie Ihr Produkt bereits vorkonfektioniert und passend auf Ihre Applikation erhalten. Bitte nennen Sie uns die Anforderungen hinsichtlich Umweltbedingungen und Einbausituation – wir übernehmen auf Wunsch die Erstellung der technischen Dokumentation, die operative Beschaffung und die Umsetzung zur Konfektionierung von Kabeln und Steckverbindern für den angebotenen Artikel.
Optimierung der Knaufform
Für die Optimierung des Bediengefühls steht für eine Vielzahl an Joystickserien eine breite Auswahl an Knaufvarianten für Ihre Applikation zur Verfügung. Aber auch eine Anpassung der Knaufform setzen wir nach Kundenwunsch um. Auf Anfrage erstellen wir Designvorschläge und beschaffen alle notwendigen Komponenten, um das ideale Produkt für Ihre Applikation zu realisieren.
Anpassung der Programmierung
Insbesondere Hall-Joysticks und Modelle mit optischem Sensorsystem verwenden moderne speicherprogrammierbare Bausteine, mit denen das Signalverhalten des Joysticks für die Applikation angepasst werden kann: zum Beispiel das Ansprechverhalten bei Auslenkung aus der Mittellage (Totzone, siehe nebenstehende Abbildung) oder die Änderung der Signalspanne am Ausgang. Wir analysieren für Sie die technischen Rahmenbedingungen, unter denen eine Sonderprogrammierung in Serie möglich sind und realisieren Prototypen für Ihre Applikation. Je nach Möglichkeiten werden die Joysticks während der Produktionslinie oder gesondert mit eigens dafür erstellten Produktionsmitteln umprogrammiert.
Anpassung von Farbe und Form
Das Interface Joystick steht als Bedienelement sehr häufig im zentralen Blickfeld der Applikation. Deshalb ist der Wiedererkennungswert von hoher Bedeutung. Wir übernehmen nach Ihren Vorgaben das entsprechende Corporate Design. Mittels 3D-Drucker können gedruckte Prototypen zur Bemusterung zeitnah erstellt und so die ideale Form in relativ kurzer Zeit gefunden werden. Bei entsprechender Stückzahl wird das Design kostengünstig im Spritzguss realisiert.
Anpassung von Haptik und Bediengefühl
Das Bediengefühl in der Applikation wird maßgeblich von der Form und dem Material des Knaufs, aber vor allem auch von der nötigen Kraft zur Auslenkung beeinflusst. Eine hohe Rückstellkraft kann zum Beispiel zu einer schnelleren Ermüdung des Bedieners führen als bei einer geringen Rückstellkraft. Jedoch unterstützt eine relativ hohe Rückstellkraft in der Regel das exakte Steuern der Maschine. Es kommt wie immer auf die Anforderung der Applikation an und sofern die Bauart des Joysticks eine Anpassung der Feder zulässt, handelt es sich um einen überschaubaren Aufwand. Kontaktieren Sie uns einfach, um die Möglichkeiten bei dem von Ihnen favorisierten Joystickmodells zu erfahren.
Anpassung von Funktionen
Eine weitere häufige Anpassung ist die optimale Anbringung von zusätzlichen Funktionen im Knauf der Joysticks. Zahlreiche Joysticks bieten bereits eine große Auswahlmöglichkeit. Und grundsätzlich ist die Anzahl der unterzubringenden Elemente durch den möglichen Platz im Knauf und die Anzahl der in die Basis zu führenden elektrischen Leitungen begrenzt. Zusammen eruieren wir mit Ihnen die Möglichkeiten laut Ihren Anforderungen und realisieren bei Bedarf kundenspezifische Konstruktionen, um die geforderten Bedienfunktionen bestmöglich zu verwirklichen.
