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Bediengeräte Bediengeräte mit Kraft-Rückmeldung erhöhen die Bediensicherheit

| Redakteur: Jan Vollmuth

FSG Fernsteuergeräte produziert u.a. robuste Befehlsgeräte für mobile Maschinen. Welche Bedeutung Force-Feedback-Systemen in der Maschinenbedienung zukommt, erläutert Carsten Schulz, Geschäftsleiter der FSG.

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Der Einsatz von Force-Feedback-Systemen ist überall sinnvoll, wo Bediener die Anwendung im Blick behalten müssen. Typische Beispiele sind Lenkungen von Kranen oder die Schaufel-Bedienung bei Baggern oder Radladern.
Der Einsatz von Force-Feedback-Systemen ist überall sinnvoll, wo Bediener die Anwendung im Blick behalten müssen. Typische Beispiele sind Lenkungen von Kranen oder die Schaufel-Bedienung bei Baggern oder Radladern.
(Bild: FSG Fernsteuergeräte GmbH )

konstruktionspraxis: Welche Trends beobachten Sie bei der Bedienung mobiler Maschinen?

C. Schulz: Neben grundlegenden Anforderungen an Robustheit und Ausfallsicherheit, die schon immer entscheidend waren, gewinnt die Ergonomie der Befehlsgeräte auch im Bereich mobiler Maschinen an Bedeutung. Dazu zählt nicht gute Haptik und Anordnung der Bedienelemente alleine: In jüngerer Zeit tritt zunehmend das Thema Rückmeldung zwischen Maschine und Mensch in den Mittelpunkt. In unserem Fall betrifft dies Force-Feedback-Joysticks bzw. -Pedale.

konstruktionspraxis: Welche Vorteile bieten Force-Feedback-Joysticks?

C. Schulz: Durch die elektronische Entkopplung bei heutigen Steuerungssystemen entfallen mit der direkten Kraftübertragung auch wesentliche fühlbare Informationen für den Bediener. Ziel der Force-Feedback-Integration ist es, dem Bediener eine intuitive, haptische Bedienung zu ermöglichen, bei der er sich voll auf die Anwendung konzentrieren kann und diese nicht zur Kontrolle der Anzeigeeinheiten aus den Augen zu lassen braucht. Damit erhöht die simulierte Kraftrückkopplung auch die Bediensicherheit und den Schutz der Maschinen.

Carsten Schulz ist Geschäftsleiter der FSG Fernsteuergeräte GmbH.
Carsten Schulz ist Geschäftsleiter der FSG Fernsteuergeräte GmbH.
(Bild: FSG Fernsteuergeräte GmbH )

konstruktionspraxis: Welche Möglichkeiten lassen sich mit Force-Feedback realisieren?

C. Schulz: Grundsätzlich sind vielfältige Formen der Rückmeldung möglich. Zunächst bietet sich die fühlbare Rückmeldung klassischer Parameter wie Kraft, Weg, Winkel oder Verstellgeschwindigkeit an. Neben der Darstellung von Gegenkräften sind darüber hinaus auch Zusatzfunktionen wie Rüttel- oder Schockeffekte denkbar, die z.B. auf ein Abweichen von Fahrbahnmarkierungen oder Kollisionen des Werkzeugs aufmerksam machen können.

konstruktionspraxis: Gibt es unterschiedliche Systeme?

C. Schulz: Je nach Bedarf und nach wirtschaftlich vertretbarem Aufwand kommen grundsätzlich zwei Systeme in Frage. Die einfache Variante mit einem mehr oder weniger „starren“ Rückmeldesystem verstärkt die taktil wahrnehmbare Gegenkraft linear mit dem Auslenkwinkel. Die aufwendigere Alternative besteht in einer dynamischen Rückmeldung, die die Werte von Drehgebern oder anderen Sensoren zur Laufzeit in eine taktil erfahrbare Gegenkraft umsetzt. Ihre Implementierung muss meist bereits bei der Konstruktion der Maschine berücksichtigt werden.

Joystick der Baureihe ST2020 von FSG. Auf Anfrage fertigt der Hersteller Befehlsgeräte für den Hand- und Fußbetrieb mit Force-Feedback-Funktionalität.
Joystick der Baureihe ST2020 von FSG. Auf Anfrage fertigt der Hersteller Befehlsgeräte für den Hand- und Fußbetrieb mit Force-Feedback-Funktionalität.
(Bild: FSG Fernsteuergeräte GmbH )

konstruktionspraxis: Für welche Anwendungen ist der Einsatz von Force-Feedback sinnvoll?

C. Schulz: Der Einsatz ist überall sinnvoll, wo Bediener die Anwendung im Blick behalten müssen. Typische Beispiele sind Lenkungen von Kranen oder die Schaufel-Bedienung bei Baggern oder Radladern. Wir sprechen hier nicht nur von Handbediengeräten, sondern auch von Geräten für den Fußbetrieb. Force-Feedback-Befehlssysteme sind allerdings mit höheren Kosten verbunden. Dafür müssen zusätzliche Aktoren im Bedienelement integriert und die Gehäuse entsprechend ausgelegt werden. Außerdem erfordern solche Kraftrückmeldesysteme im Regelfall eine Ausstattung der Maschinen mit entsprechender Sensorik.

konstruktionspraxis: Was müssen Konstrukteure berücksichtigen, wenn sie Force-Feedback-Systeme einplanen?

C. Schulz: Zunächst muss geprüft werden, welche Funktionen mit welcher Güte realisiert werden sollen und ob eine zusätzliche Sensorausstattung der Maschine erforderlich ist. Zudem müssen die Maschinen- bzw. Fahrzeugsteuerungen bidirektionale Schnittstellen zur Ansteuerung der Force-Feedback-Komponenten bereitstellen. Außerdem erfordert die Integration von Force-Feedback-Bedienelementen mehr Einbauraum. Schließlich stellt die Integration der Bedienelemente in das Sicherheitskonzept einen entscheidenden Aspekt dar. Hier entscheidet die Frage, ob die Force-Feedback-Funktionen als integraler Bestandteil der Steuerung realisiert wird und damit redundant ausgelegt und in der Sicherheitsbetrachtung berücksichtigt werden müssen, oder ob die Rückmeldung als ausgelagerte Komfortfunktion umgesetzt werden kann, die keinerlei Einfluss auf sicherheitsgerichtete Aspekte hat.

konstruktionspraxis: Das scheinen noch große Hürden zu sein?

C. Schulz: Bislang kennen wir diese Technologie vornehmlich aus Fahrsimulatoren oder Robotiksteuerungen, die einen Eindruck von den Vorteilen dieser Bedientechnologie vermitteln. Zwar gibt es meines Erachtens aktuell wenig Anbieter umfassender Lösungen für den industriellen Einsatz. Andererseits steigt seitens großer Qualitätshersteller von mobilen Maschinen die Nachfrage deutlich. Wir stehen zwar noch am Beginn des Trends, ich bin aber sicher, dass das Plus an Sicherheit und Komfort mittelfristig zu einem entscheidenden Qualitäts- und Wettbewerbskriterium werden wird.

konstruktionspraxis: Vielen Dank Herr Schulz

SPS IPC Drives 2018: Halle 4A, Stand 201

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