Erschienen am: 08.02.2018, Ausgabe SPS-MAGAZIN 1+2 2018

Komplexe Bewegungen steuern

Einhändig alles im Griff

Industrielle Anlagen und Geräte können auf vielfältige Weise gesteuert werden. Vorteile bietet hier ein neuer Finger-Joystick, der eine intuitive Steuerung komplexer 3D-Bewegungen mit einer Hand erlaubt. Er verfügt über sechs Freiheitsgrade und erschließt Anwendern völlig neue Bedienkonzepte.


Das SpaceMouse Modul von Megatron ermöglicht eine einhändige intuitive Steuerung von Bewegungen im Raum.
Bild: Megatron Elektronik GmbH & Co. KG

Die Geschichte des SpaceMouse Module reicht weit zurück: Forscher des DLR arbeiteten Ende der 1970er Jahre an der Steuerung eines Roboterarms im kartesischen Raum und erprobten dafür verschiedene Ansätze. Letztendlich entschieden sie sich für einen sechsachsigen Kraft/Drehmoment-Sensor, der in einem Ball integriert ist. In den folgenden Jahren zeigten Versuche an Prototypen, dass die 3D-Maus nicht nur als Eingabegerät für die Robotersteuerung geeignet ist, sondern auch für die Bedienung von CAD-Systemen. Für den Vertrieb der Maus auf dem europäischen Markt gründete das DLR deshalb die Firma SpaceControl. 1993 gelang dann nicht nur die Steuerung eines Roboterarms an einer Raumfähre, es kam auch zur Zusammenarbeit vom DLR mit der Firma Logitech. Das Unternehmen sollte das SpaceMouse Module in Amerika und Asien vertreiben. Durch das große Engagement des Logitech-Tochterunternehmens 3DConnexion entwickelte sich die 3D-Maus innerhalb kurzer Zeit zum Standard-CAD-Bedienelement.

Potential in der Automatisierungstechnik

Um neue Zielgruppen in der industriellen Automatisierung zu erschließen, ging 3Dconnexion 2014 eine Partnerschaft mit dem Unternehmen Megatron ein. Ziel ist es, die Produkte so zu modifizieren, dass sie die jeweiligen Anforderungen bestmöglich erfüllen. Der Bedarf dürfte in der Industrie groß sein, denn die Möglichkeiten klassischer Eingabegeräte sind oft begrenzt. So eignen sich Touch-Displays zwar gut für die einmalige, kurze Eingabe von Befehlen oder das Starten von vordefinierten Abläufen. Komplexe Bewegungsabläufe lassen sich mit ihnen aber nicht steuern. Joysticks passen wiederum dafür genau, können aber nicht wie das SpaceMouse Module drei Translationen und drei Orientierungen gleichzeitig steuern. Und Trackballs verfügen über lediglich zwei Freiheitsgrade, weswegen sie sich nicht für die Steuerung von Bewegungen im Raum eignen.

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Neues Bedienkonzept

Das SpaceMouse Module aus dem Angebot von Megatron ist mit insgesamt sechs Freiheitsgraden sehr vielseitig einsetzbar. Es ermöglicht die Steuerung von komplexen 3D-Bewegungen mit nur einer Hand, für die bisher zwei separate Steuereinheiten nötig waren. Kernstück des Moduls ist ein optoelektronischer Sensor, der kontaktlos und verschleißfrei arbeitet. Er ist im Unterschied zu anderen Sensortypen relativ unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störfeldern und deshalb in einem breiten Anwendungsspektrum einsetzbar. Bei der Steuerung räumlicher Bewegungen macht sich die hohe Empfindlichkeit des 3D-Joysticks bezahlt: Er reagiert selbst auf kleinste Bewegungen des Fingers oder des Handgelenks und ermöglicht damit hochpräzise Operationen.

Robotersteuerung ohne Fachkenntnisse

Ein großes Einsatzgebiet für das SpaceMouse Module ist die Mensch/Roboter-Kollaboration. Mit ihr können z.B. automatisierte Abläufe ohne Programmierkenntnisse intuitiv geteacht werden. So kann der 3D-Joystick Unterstützung für Unternehmen leisten, die unter dem Fachkräftemangel leiden und gleichzeitig ihre Fertigung stärker automatisieren wollen. Auch die präzise manuelle Führung von Robotern ist mit dem 3D-Joystick möglich. Ein weiteres Anwendungsgebiet der industriellen SpaceMouse ist die Steuerung von Visualisierungen und Simulationen, z.B. für Bearbeitungszentren in der Fertigung. Ohne Bedienkappe ist das SpaceMouse Module darüber hinaus auch als Bewegungssensor zu verwenden, der sehr geringe Positionsveränderungen zweier Objekte oder Aufhängepunkte relativ zueinander erfasst. Auf diese Weise können statische Größen wie Abstände oder Lastenverteilung ebenso gemessen werden wie dynamische Parameter (z.B. Vibrationen, Winddruck oder Strömungen). So lassen sich mit dem Bedienmodul im Sinne der vorausschauende Wartung kritische Zustände vorhersagen.

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Schnittstellen erleichtern Einbindung

Der 3D-Joystick ist wahlweise mit einer seriellen UART- oder mit einer USB-Schnittstelle ausgestattet. In der ersten Variante können die Signale anwenderspezifisch interpretiert werden, das USB-Modell wird automatisch als sechsachsiger Joystick erkannt. Ein zusätzlicher Treiber ist bei dieser Ausführung nicht erforderlich, da das Gerät als Input Device gemäß HID 1.1 kommuniziert. Darüber hinaus bietet Megatron eine kundenindividuelle Anbindung des Bediengeräts an vorhandene Feldbussysteme an. Die Montage gestaltet sich durch die geringe Einbautiefe (15mm) und den Schraubflansch unkompliziert.

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