Drücken, ziehen, schieben, drehen, kippen – all das kann eine Kombination aus Joystick und Trackball. Entwickelt wurde das industrietaugliche Einbaumodul, um komplexe Bewegungen intuitiv zu steuern. Möglich wird die neue Art der Bedienung durch eine optoelektronische Sensoreinheit.

Um komplexe 3D-Bewegungen intuitiv zu steuern, hat Megatron eine Kombination aus Joystick und Trackball, das SpaceMouse-Module, entwickelt. Das industrietaugliche Einbaumodul eignet sich vor allem als Steuergerät für Service-Drohnen und Industrieroboter. Möglich wird die neue Art der Bedienung durch eine opto-elektronische Sensoreinheit, die sechs Freiheitsgrade über Auslenkungen entlang der Hauptachsen x, y und z sowie durch Kipp- beziehungsweise Drehbewegungen um diese Achsen realisiert. Die unterschiedlichen Bewegungen können zeitgleich beliebig kombiniert werden. Diese vielseitige Bewegungsaufnahme macht zahlreiche Eingaben möglich. Bereits kleine Bewegungen der Finger oder des Handgelenks sind ausreichend.

Im Grunde kann das Modul zwei ansonsten separate Steuereinheiten ersetzen, wie sie zum Beispiel für die Bedienung von Flugobjekten wie Drohnen und Quadrocoptern oder von Kameras notwendig sind. Das SpaceMouse-Modul eignet sich somit für die Inspektion von Strommasten und Windrädern, für den allgemeinen Katastrophenschutz oder die Bergrettung, für Kamera- und Mikroskopsteuerungen, Kanalinspektionsroboter, für X/Y/Z-Präzisions- und Sondermaschinen oder Robotikanwendungen – also überall da, wo 3D-Bewegungen per Hand gesteuert werden.

Einfache Montage – auch wenn`s mal eng wird
Der ergonomisch optimierte Knauf des SpaceMouse-Moduls lässt sich bezüglich Form, Material und Farbe kundenspezifisch gestalten. Aufgrund des geringen Platzbedarfs ist der Joystick auch für beengte Einbauverhältnisse geeignet. Montage und Wartung sollen sich durch Schraubflansch und Steckverbindungen einfach gestalten, wodurch sich Zeit und Kosten einsparen lassen. Abhängig von der jeweiligen Einbausituation und den jeweiligen Kundenanforderungen lassen sich weitere Anpassungen vornehmen.

Die Sensoren gewährleisten eine Auflösung von jeweils 10 bit. Äußere Störeinflüsse wie Temperatur, Schmutzpartikel und Magnetfelder haben keinen Einfluss auf die Funktion der Sensorik. Für das Modul stehen die Schnittstellen UART und USB zur Verfügung, wobei das Gerät als USB-Variante direkt als USB-Joystick ohne weitere Treiber vom Betriebssystem erkannt wird. Für die UART-Version ist ein Software-Development-Kit (SDK) verfügbar, mit dessen Hilfe sich applikationsspezifische Steuerungen realisieren lassen. Die Versorgungsspannung von 5 V erhält der Space-Joystick über den USB-Anschluss, in der UART-Version benötigt er 3,3 bis 5,5 V über Pin 1. Die Stromaufnahme beträgt 10 mA (UART) beziehungsweise 20 mA (USB).

Bekannte Technologie aus 3D-Mäusen
In der DACH-Region wird das SpaceMouse-Modul für industrielle OEM-Anwendungen exklusiv vom Putzbrunner Unternehmen Megatron vermarktet – möglich wird dies durch eine Partnerschaft mit dem Hersteller 3Dconnexion. „Wir freuen uns sehr, dass das Modul unser umfassendes Joystick-Sortiment ergänzt“, so Marco Ahrens, Produktmanager bei Megatron. Das Produktportfolio von Megatron hat sich in über 50 Jahren konsequent aus den Anforderungen vielfältiger industrieller Anwendungen entwickelt. Heute sind Sensoren und Joysticks des Unternehmens in zahlreichen Applikationen passgenau verbaut. „Wir setzen auf robuste bewährte Technologien und Produkte genauso wie auf Innovationen.“

Durch das kompakte Design kann das Modul in Bedienpanels, Armlehnen oder Tischgehäusen eingebaut werden. Die gesamte Sensorik findet unter der Bedienkappe Platz, sodass das Modul in eine Einbauöffnung mit 40,2 mm Durchmesser eingesetzt und direkt unterhalb des Bedienpanels mit einer Sechskantmutter  verschraubt wird. Die Einbautiefe beträgt 15 mm, die Schutzart IP54.

Die Kerntechnologie des SpaceMouse-Moduls ist von den 3D-Mäusen des Herstellers 3Dconnexion bekannt. 3Dconnexion mit Hauptsitz in Monaco zählt zu den führenden Anbietern von 3D-Mäusen für 3D-Design- und industrielle 3D-Steuerungsmodule. Die Kerntechnologie der 3D-Module hat ihren Ursprung in der Robotik und Weltraumforschung. Bereits 1993 wurde eine 3D-Steuerung in der Weltraumfähre Columbia zum Bedienen des ersten Roboterarms im Weltraum eingesetzt. Dies war der Startschuss für die Entwicklung der 3Dconnexion-3D-Module, deren optisches Messsystem eine präzise Steuerung sicherstellt.

Optoelektronisches Messprinzip
Das Modul nimmt die Bewegungen des Anwenders mit optoelektronischen Sensoren auf. Die Auflösung beträgt dabei in der Translation 250 Inkremente pro Millimeter und in der Rotation 170 Inkremente pro Grad. Das Messprinzip wurde als optoelektronische Anordnung zum Erfassen von Relativbewegungen oder Relativpositionen zweier Objekte patentiert, kann aber zum Beispiel auch als Kraft- und Momentsensor verwendet werden.

Ein Sensor wird aus der Lichtquelle und einem positionsempfindlichen Detektor gebildet. Die Lichtquelle besteht aus zwei LEDs, die jeweils im 45°-Winkel zueinander geneigt sind und einer Schlitzblende mit zwei parallelen Schlitzen. Das Licht der beiden LEDs fällt durch die Schlitze auf den Detektor. Daraus ergeben sich zwei Messzellen mit einem gemeinsamen Detektor. Da der Detektor und die Lichtquelle elastisch zueinander aufgehängt sind, kann jede Auslenkung beziehungsweise Relativbewegung der beiden Teilsysteme zueinander erfasst werden. Im SpaceMouse-Modul sind drei solcher Sensoren auf einem Kreis angeordnet. Die elastische Aufhängung wird über drei Spiralfedern realisiert. Sie halten das System in Ruhelage und führen es nach einer Auslenkung beziehungsweise Bewegung in diese zurück.

Mögliche Einsatzgebiete
Als Eingabegerät nimmt das SpaceMouse-Modul jede Handbewegung präzise auf und ermöglicht dreidimensionale Steuerungsbewegungen. Damit eröffnen sich auch chirurgische oder therapeutische Geräte als Anwendungsfeld. Das System kann im industriellen Umfeld aber ebenso als 3D-Sensor eingesetzt werden, da es mehrdimensionale Bewegungen, also laterale/vertikale Verschiebung, Drehung sowie Verkippung detektiert und dabei mehrere separate Sensoren einspart. Denkbar ist der Einsatz der Sensorik auch für die Erfassung von Winddrücken, Erschütterungen und Vibrationen an Gebäuden und Brücken oder zum Einbruchsschutz.