Bedienelemente Joysticks als vielseitige Bedienelemente

Autor / Redakteur: André Zeidler* / Kristin Rinortner

Joysticks nehmen unter den Mauszeigegeräten eine besondere Position ein. Dieser Beitrag beschreibt die technischen Grundlagen für den Einsatz von Joysticks in der Automation.

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Bedienelemente: Eingebauter Fingerjoystick in einem Kamera- steuerungsgerät
Bedienelemente: Eingebauter Fingerjoystick in einem Kamera- steuerungsgerät
(Bild: GETT)

Unter der sperrigen Bezeichnung „Mauszeigegeräte“ werden Verfahren zusammengefasst, die Bewegungen auf einem Bildschirm ermöglichen. Dazu zählen unter anderem Mäuse, Touchpads, Trackbälle und letztlich auch Touchscreens. Eine herausgehobene Position in diesem Bereich nehmen Joysticks ein. Zwar sind sie im Bereich der Industrieautomation nicht die bevorzugte Technologie der Cursorpositionierung am Monitor.

Allerdings kommen sie verstärkt dort zum Einsatz, wo die herkömmlichen Mauszeigegeräte ungeeignet sind. Typische Szenarien sind die Steuerung mechanisch-physikalischer Prozesse statt der Navigation auf einer GUI oder einem Menü. Die Bewegung des Joysticks erlaubt eine intuitive, bewegungssynchrone Betätigung. Der folgende Beitrag beschreibt die technisch-funktionellen Grundlagen von Joysticks in der Automation und nennt die Selektionskriterien für die Auswahl des richtigen Gerätes.

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Anwendungen für Joysticks sind vielfältig: Sie können im Gerätebau, als Steuereinheit für die Medizintechnik, in Baumaschinen, im Kfz oder im maritimen Bereich eingesetzt werden. Auch Rehabilitations- und Fürsorgeanwendungen offenbaren zahlreiche Einsatzmöglichkeiten wie die Bedienung von Krankenfahrstühlen oder Krankentransportvorrichtungen. Somit ergeben sich die unterschiedlichsten Anforderungen an den Joystick selbst. Kriterien für die Selektion des geeigneten Joysticks sind vor allem die Achsenfunktion, die Federzugkraft zur Rückstellung des Hebels, die Kulissenführung bzw. die mechanische Begrenzung des Auslenkungsbereiches, die Bauform und Zusatzfunktionen.

Die Achsenfunktion eines Joysticks

Unter Achsenfunktion eines Joysticks versteht man die Anzahl der in der Applikation notwendigen Steuerachsen. So ist zum Beispiel ein Gashebel ein rein einachsiger Joystick, da zur Funktion der Beschleunigung der Hebel nach vorne gedrückt wird, zum Bremsen wird dieser nach hinten gezogen. Käme eine Lenkfunktion hinzu, benötigte man zudem die Bewegung des Hebels nach links und rechts oder löst dies mit einem drehbaren Knauf. Damit käme eine zweite Achse hinzu.

Drei Steuerachsen werden hingegen beispielsweise bei Videokamerafernsteuerungen benötigt. Hier wird die Kamera zumeist mit der Auslenkung nach links und rechts geschwenkt, die Auslenkung nach vorne und hinten steuert die Neigung der Kamera und mit der dritten Achse wird die Linsen-Zoom-Funktion angesteuert. Bei Baumaschinen sind sogar meist mehr als drei Steuerachsen gefordert. Dies wird durch zusätzliche im Handgriff integrierte Bedienelemente realisiert.

Die Auslenkposition des Steuerknüppels wird mechanisch in die einzelnen Achsen übertragen. Die an den Achsen angekoppelte Sensorik setzt die mechanische Auslenkung in elektrische Signale um. Als Sensoren werden Schalter, absolute Winkelsensoren oder auch inkrementale Winkelsensoren (Impulsgeber) eingesetzt. Auch eine Kombination der einzelnen Sensoren – zum Beispiel Schalter und absoluter Winkelsensor – werden häufig verwendet. Dies gilt vor allem im Bereich der Sicherheitstechnik.

Die Federrückstellung als haptisches Feedback

Die Federrückstellung bewirkt die mechanische Zurückführung des Hebels in die Mittel- bzw. Null-Lage. Durch sie ergibt sich das entsprechende Betätigungsgefühl, also die Kraft, die für die Bedienung aufgewendet werden muss. Je nach Anwendung gibt es hier unterschiedliche Anforderungen. In robusten Einsatzbedingungen, wo das Betätigen mit Arbeitshandschuhen notwendig ist, sind meist höhere Betätigungskräfte gefordert, um das notwendige haptische Feedback des Gegendrucks zu erhalten. In derartigen Umgebungen sollte zudem darauf geachtet werden, dass bei auftretenden Vibrationen der Joystick ohne Zutun des Bedieners ausgelenkt werden und es zu Fehlbedienungen kommen kann. Grund ist die träge Masse des Steuerhebels. Entweder wird dazu eine verstärkte Federrückstellung oder ein Totmannschalter eingesetzt.

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