EN
DE
ES
FR
PT
IT
Joysticks
Para aplicações industriais e médicas
Guia para Joysticks
Índice
- Aplicações para joysticks - a escolha correta do design
- Configuração de eixos - a seleção dos graus de liberdade disponíveis
- Configuração doeixo - escolha do limitador correto
- O punho - a interface para o utilizador
- Tecnologias de sensores - sem contacto, potenciométricos ou por interrutor?
- Caraterísticas de reposição e hápticas - feedback e sensação de controlo
- Saídas e interfaces - analógicas ou digitais?
- Dicas e sugestões:
- Personalizações do produto
Aplicações para joysticks - a escolha certa em termos de design
Para determinar o melhor joystick para a sua aplicação, o primeiro passo é selecionar o tamanho. Na maioria dos casos, isto irá reduzir a gama de produtos. Os designs dos vários joysticks podem ser divididos nas seguintes categorias: Polegar, Dedo, Mão e Secretária. Uma vez que cada uma destas categorias foi concebida para aplicações fundamentalmente diferentes, a escolha do tipo correto é normalmente simples.
Os joysticks de polegar são o tipo mais pequeno
Uma aplicação clássica é a dos controlos remotos, em que um operador tem de manter uma caixa no lugar, deixando a sua mão livre para o movimento de entrada. O controlo é, portanto, normalmente feito com o polegar. Os joysticks de polegar também são instalados em painéis de controlo ou em grandes joysticks de mão, porque o espaço é muitas vezes limitado e as dimensões dos joysticks de polegar não são muito maiores do que as dos botões e interruptores.
Os joysticks de dedo são os mais versáteis na gama de tamanho médio
Estes joysticks proporcionam ao utilizador o mais elevado nível de precisão de funcionamento, devido ao facto de os dedos humanos ou as pontas dos dedos poderem exercer o melhor controlo ao operarem o manípulo. As aplicações são muitas e variadas, tal como a variedade de joysticks de dedo. Este tipo de joystick é particularmente adequado para controlar equipamentos médicos, câmaras de vigilância ou máquinas móveis.
Os joysticks manuais representam o maior tipo
Em geral, a estabilidade mecânica aumenta com o tamanho. No entanto, a aplicação também impõe maiores exigências ao produto. No sector dos serviços pesados, por exemplo, os joysticks são utilizados para controlar gruas, máquinas de construção e outros veículos e equipamentos de grandes dimensões. Os requisitos de segurança são particularmente elevados, sendo normalmente necessária uma eletrónica e sensores redundantes. Como resultado, os custos de investimento aumentam com o tamanho do joystick.
Os joysticks de secretária representam um grupo especial
Regra geral, trata-se de joysticks de dedo integrados em caixas de secretária, normalmente com alguns botões para funções adicionais na caixa. Estes dispositivos de entrada cobrem a procura bastante grande de aplicações estacionárias com joysticks de dedo já instalados permanentemente. A área da videovigilância é particularmente digna de menção. Atualmente, apenas as variantes USB são importantes neste caso, porque a informação de entrada é geralmente transferida imediatamente para um computador.
Configuração do eixo
A seleção dos graus de liberdade disponíveis
Cada modelo de joystick tem certas limitações em relação ao número disponível de graus de liberdade e à liberdade de movimento para a operação. Os graus de liberdade são chamados de eixos para joysticks. A maioria dos modelos oferece 2 eixos, ou seja, a pega pode mover-se nas direcções X e Y (para a frente/para trás, esquerda/direita). Em alguns modelos, o manípulo também pode ser rodado. Este é o chamado eixo Z e permite a introdução de um total de 3 graus de liberdade em modelos simples.
A maioria dos joysticks de polegar oferece um máximo de 2 graus de liberdade. Muitos joysticks de dedo estão disponíveis como joysticks de 3 eixos. No entanto, podem ser implementados ainda mais eixos nos joysticks de mão. Na placa da cabeça destes joysticks existe espaço para muitos elementos de entrada e, por conseguinte, para graus de liberdade adicionais.
Uma exceção à gama é o nosso módulo SpaceMouse®: aqui, o manípulo de controlo pode ser deflectido nas três direcções - além disso, é possível inclinar/rotar em cada direção. Isto resulta num total de 6 graus de liberdade, permitindo uma navegação e um controlo diretos e intuitivos no espaço tridimensional.
Configuração do eixo - seleção do limitador
A liberdade de movimento dos eixos principais pode ser limitada em quase todos os modelos. Em algumas aplicações, quando o primeiro eixo se deforma, o segundo eixo deve ser bloqueado (limitador "plus"). Noutros casos, a deflexão simultânea deve ser possível apenas numa extensão reduzida (limitador redondo). O limitador quadrado oferece total liberdade de movimento. Alguns modelos de joystick manual oferecem a possibilidade de bloquear no meio ou na deflexão. Para tal, consulte a secção "Caraterísticas de reinicialização e hápticas".
O manípulo - interface para o utilizador
A configurabilidade dos punhos aumenta com o tamanho do modelo. Os joysticks de polegar oferecem muitas formas de punho e alguns oferecem a possibilidade de comutação com pressão no punho.
Com os joysticks de dedo, a variedade aumenta ainda mais e já são possíveis vários botões de pressão.
Os joysticks de mão oferecem a maior variedade de opções de pega. De facto, quase todos os modelos são personalizados para a aplicação. A configurabilidade é normalmente maior do que a indicada nas folhas de dados. Não hesite em contactar-nos para obter a melhor solução para a sua aplicação!
Seleção da tecnologia de sensores
Sem contacto, potenciométrico ou por interrutor?
Atualmente, duas tecnologias são importantes para os joysticks industriais: Os sensores Hall e os sensores potenciométricos.
A tecnologia de sensores Hall é uma tecnologia sem contacto, na qual a deteção da deflexão pelo sensor não tem contacto. Isto tem a vantagem de não haver praticamente nenhum desgaste e, por conseguinte, nenhuma alteração no comportamento do sensor durante todo o tempo de funcionamento.
Se não existirem razões especiais para excluir esta tecnologia, como por exemplo uma forte interferência electromagnética no ambiente de aplicação, os sensores Hall são normalmente escolhidos.
Os sensores potenciométricos utilizam elementos alisadores e de resistência para a deteção sensorial. Apenas os chamados potenciómetros de precisão de alta qualidade cumprem os requisitos mais exigentes em termos de qualidade e vida útil. A vantagem desta tecnologia reside na sua insensibilidade a campos de interferência externos. Os joysticks com sensores potenciométricos são particularmente populares na tecnologia médica, onde os requisitos de imunidade a raios X, outros campos de interferência e descargas electrostáticas são muito elevados.
Se não for necessário um sinal de saída contínuo entre a deflexão mínima e máxima nas aplicações, os sticks de comutação são uma boa escolha. Estes estão equipados apenas com interruptores que detectam a deflexão do joystick. Graças à sua conceção simples e direta, os interruptores são muito pouco sensíveis a interferências e perturbações. No entanto, o número de operações de comutação é limitado e normalmente resulta numa vida útil mais curta. Uma situação especial é a utilização de bastões de comutação para comutar correntes elevadas diretamente através do joystick, o que de outra forma teria de ser feito com um relé externo.
Em geral, deve notar-se que a tecnologia de sensores utilizada não diz nada sobre a qualidade e a durabilidade da mecânica do joystick. Pode acontecer que a mecânica de componentes de baixo custo falhe muito antes dos sensores, pelo que a tecnologia dos sensores não deve ser sobrevalorizada. Em casos simples, recomendamos joysticks Hall compactos, uma vez que estes são os mais fáceis de integrar atualmente e são adequados para a maioria das aplicações.
As aplicações críticas em termos de segurança requerem frequentemente designs redundantes com dois elementos sensores por eixo. Quase todos os nossos modelos estão disponíveis opcionalmente como versões redundantes.
Mecanismo de retorno e tato
Regra geral, a aplicação determina se o joystick deve regressar à sua posição inicial quando não é acionado (por retorno de mola) ou se deve permanecer na última posição numa ou mais direcções de deflexão (travão de fricção, opcionalmente também por posições de retenção).
A maioria dos modelos modernos de joystick está equipada com uma mola central. Esta mola coloca a alavanca de comando na posição intermédia em ambas as direcções de deflexão. A força da mola pode ser ajustada. Por razões construtivas, não podem ser implementados outros ajustes, tais como um travão de fricção adicional.
Se a aplicação exigir travões de fricção ou posições de retenção, devem ser utilizados modelos especiais, cujo design é maior e mais complexo, mas que são, por isso, mais flexíveis para tais adaptações.
Saídas e interfaces - analógicas ou digitais?
Quase todos os modelos de joystick oferecem saídas de tensão analógicas na gama de 0-5 V. Estas são normalmente as versões básicas dos produtos e, consequentemente, as versões mais económicas. Uma vez que os potenciómetros são basicamente componentes passivos, os joysticks com caraterísticas potenciométricas normalmente só oferecem saídas analógicas. Para alguns modelos, apenas estão disponíveis versões analógicas, que são suficientes para a maioria das aplicações. Os modelos modernos com sensores sem contacto oferecem interfaces digitais adicionais, tais como modulação por largura de impulso (PWM), USB, RS232 (série) e variantes de bus CAN. As interfaces oferecidas são muito diferentes e só estão listadas para determinadas séries. Por isso, vale a pena olhar apenas para estes produtos quando é especificado um interface.
Dicas e sugestões
Circuito
Dependendo da tecnologia de sensores utilizada, a eletrónica de avaliação deve ser concebida de forma muito diferente. Os joysticks de efeito Hall utilizam circuitos integrados como elementos sensores, que são instalados em placas de circuito impresso dentro da caixa dos joysticks. Dependendo do design da placa de circuito, devem ser observados diferentes parâmetros de funcionamento, que podem ser encontrados na folha de dados. Isto também se aplica, em geral, aos sistemas de barramento oferecidos.
Nos modelos potenciométricos com saídas analógicas, no entanto, os sensores de ângulo são componentes passivos (potenciómetros de plástico condutor) e os modelos não estão normalmente equipados com eletrónica de controlo. As ligações conduzem diretamente aos potenciómetros, que devem ser operados num circuito divisor de tensão para não danificar os sensores. É necessário ter especial cuidado para que não passe qualquer corrente relevante através das saídas, uma vez que isso poderia danificar as escovas dos potenciómetros.
Influências ambientais
As vibrações, a sobrecarga mecânica, o calor, as substâncias agressivas, etc. podem pôr em perigo a segurança de funcionamento dos elementos de entrada. A resistência dos modelos individuais varia muito e, geralmente, os preços mais elevados são justificados por uma maior resistência ou por melhores especificações técnicas.
Em geral: As classes de proteção especificadas estão indicadas acima do painel. Se for esperada humidade abaixo da vedação, devem ser selecionados produtos que permitam a vedação opcional da eletrónica. Se tiver este requisito, contacte-nos.
As temperaturas de funcionamento especificadas são utilizadas como valores de referência para as propriedades de recuperação da mecânica e para os elastómeros utilizados para as vedações, mas também para os componentes electrónicos. A maioria dos joysticks também funciona a temperaturas mais baixas do que as especificadas na folha de dados. Especialmente para aplicações relevantes em termos de segurança, desaconselhamos o funcionamento dos joysticks fora destes limites.
Montagem
A maioria dos modelos pode ser montada num painel a partir de cima. Normalmente, a base, o pote do joystick, é redonda e é fixada por 4 parafusos. Nalguns modelos, o manípulo encaixa através do recesso no painel e, por conseguinte, também pode ser instalado no painel a partir de baixo. Dependendo do grau de proteção e do tipo geral de construção, as tampas dos mecanismos (foles de borracha) são aparafusadas com um anel de cobertura para formar uma vedação ou são fornecidas vedações separadas para garantir a vedação no painel.
Personalizações de produtos
A MEGATRON tem décadas de experiência como parceiro fiável para clientes da tecnologia industrial e médica. O nosso ponto forte é a personalização dos produtos. Especialmente a adaptação óptima dos nossos joysticks à aplicação é procurada para pequenas e médias quantidades, uma vez que os nichos de mercado são frequentemente servidos aqui.
Os joysticks oferecem uma variedade de opções de personalização. Dependendo da caraterística a ser modificada, estas adaptações já podem ser efectuadas para pequenas quantidades. Por favor, contacte-nos e descreva o seu pedido - encontraremos a melhor solução para a sua aplicação.
Os joysticks industriais modernos são, na sua maioria, sistemas modulares. Isto permite uma adaptação relativamente económica do joystick à aplicação, uma vez que os componentes individuais podem ser facilmente trocados durante a montagem. A disponibilidade dos componentes depende dos requisitos do mercado e define o que é uma variante padrão ou especial. Graças ao sistema modular, o esforço necessário para designs especiais específicos do cliente é mantido dentro dos limites, uma vez que apenas os módulos individuais têm de ser adaptados ou redesenhados.
Uma coisa que os sistemas modulares e os joysticks com muitas variantes têm em comum é que a abundância de opções torna praticamente impossível representar todas as combinações eléctricas e mecânicas possíveis ou mesmo armazená-las como um artigo físico. Isto deve-se ao facto de o número total de todos os produtos que podem ser gerados pela chave de encomenda resultar multiplicativamente das escolhas para cada módulo do kit de construção. Particularmente no caso de séries de produtos altamente personalizáveis com muitas opções, a diversidade de artigos ascende a várias centenas a milhares de variantes que resultam da combinatória do código de encomenda. Por esta razão, destacámos na folha de dados as opções de produtos de algumas séries que têm um elevado nível de aceitação no mercado e declarámo-las como padrão.
As opções de seleção das caraterísticas do joystick são adaptações eléctricas ou mecânicas. Além disso, realizamos personalizações de produtos que vão para além das opções no código de encomenda e damos exemplos de outras possibilidades. O que nos distingue é a capacidade de otimizar a oferta de acordo com os requisitos da aplicação.
O pré-requisito para tal é conhecer o melhor possível a aplicação e o campo de aplicação. Só assim podemos analisar o produto que nos é solicitado em termos das suas possibilidades técnicas, bem como da sua implementação económica. No âmbito do nosso aconselhamento, determinamos o melhor produto em relação aos seus requisitos de aplicação e, se necessário, sugerimos produtos alternativos, se estes lhe oferecerem vantagens do ponto de vista económico e técnico.
Optimizações mecânicas e eléctricas
Montagem de cabos e conectores
Poupe tempo e esforço ao receber o seu produto já com a confeção final dos cabos, adequado para integração na sua linha de produção sem esforço adicional da sua parte. Indique-nos os requisitos relativos às condições ambientais e à situação de instalação - a pedido, encarregar-nos-emos da preparação da documentação técnica, do aprovisionamento operacional e da implementação da montagem de cabos e conectores para a peça oferecida.
Otimização da conceção do punho
Está disponível uma vasta seleção de variantes de manípulos para as nossas séries de joysticks, para otimizar a sensação da sua aplicação. Mas também implementamos uma adaptação da forma do manípulo de acordo com os desejos do cliente. A pedido, preparamos propostas de design e adquirimos todos os componentes necessários para realizar o produto ideal para a sua aplicação.
Programação personalizada
Os joysticks Hall e os modelos com sistemas de sensores ópticos, em particular, utilizam circuitos integrados programáveis (ICs) modernos com os quais o comportamento do sinal do joystick pode ser optimizado para a aplicação: por exemplo, o comportamento de resposta quando desviado da posição central (zona morta, ver ilustração) ou a alteração da amplitude do sinal na saída. Analisamos as condições técnicas sob as quais é possível uma programação especial na produção em série e produzimos protótipos para a sua aplicação. Dependendo das possibilidades, os joysticks são reprogramados durante a linha de produção ou separadamente com equipamento de produção especialmente criado.
Adaptação da cor e da forma
Como elemento de controlo, a interface do joystick encontra-se muitas vezes no campo de visão central da aplicação. Por isso, o valor de reconhecimento é de grande importância. Assumimos o design corporativo correspondente de acordo com as suas especificações. Utilizando impressoras 3D, os protótipos impressos podem ser produzidos prontamente para amostragem e a forma ideal pode ser encontrada num período de tempo relativamente curto. Com um número correspondente de peças, o design pode ser realizado de forma económica por moldagem por injeção.
Personalização da sensação tátil e de funcionamento
A sensação de funcionamento na aplicação é significativamente influenciada pela forma e material do punho, mas acima de tudo pela força necessária para a deflexão. Uma força de retorno ao centro elevada, por exemplo, pode levar a uma fadiga mais rápida do operador do que uma força de restauração baixa. No entanto, uma força de retorno relativamente elevada suporta normalmente um controlo preciso da máquina. Como sempre, a escolha correta depende dos requisitos da aplicação e, desde que o design do joystick permita um ajuste da mola, é um esforço controlável. Basta contactar-nos para saber mais sobre as possibilidades do modelo de joystick que preferir.
Personalização de elementos de entrada
Outra personalização comum é a fixação óptima de funções adicionais no punho dos joysticks. Muitos joysticks já oferecem uma vasta gama de escolha. Basicamente, o número de elementos a acomodar é limitado pelo espaço possível no manípulo e pelo número de cabos eléctricos a encaminhar para a base. Juntamente consigo, determinamos as possibilidades de acordo com os seus requisitos e, se necessário, produzimos designs personalizados para implementar as funções operacionais necessárias da melhor forma possível.
Os joysticks desempenham um papel central como dispositivos de entrada em conceitos operacionais na interface entre homem e máquina. São utilizados em muitas aplicações industriais, tais como robótica, gruas, máquinas agrícolas e florestais, máquinas de construção, tecnologia médica, bem como para controlar máquinas móveis e linhas de produção industrial. Devido às condições ambientais frequentemente adversas, um joystick industrial deve ser robusto e ter uma longa vida útil para minimizar as falhas.
Os joysticks oferecidos pela MEGATRON utilizam modernos sensores Hall sem contacto ou potenciómetros de alta qualidade. Os nossos joysticks industriais caracterizam-se, em particular, pelos seus componentes e construção de alta qualidade, que garantem um funcionamento duradouro e fiável. A MEGATRON oferece as soluções adequadas para esta vasta gama de aplicações e para os seus diferentes requisitos de joystick.
Joysticks de polegar para dispositivos portáteis ou integração em painéis, joysticks de dedo para tarefas de controlo sensíveis, joysticks de mão para utilização nos ambientes mais adversos e joysticks em caixas de secretária ergonómicas com botões integrados para funções adicionais. Isto permite-nos satisfazer uma vasta gama de requisitos dos clientes, oferecendo ao mesmo tempo soluções personalizadas através do nosso desenvolvimento, produção e garantia de qualidade internos.