Alles mit einer Hand

Spezial Industrieelektronik

Steuerung – Das Space Mouse Module von Megatron erlaubt die intuitive Steuerung komplexer 3D-Bewegungen mit nur einer Hand. Der Fingerjoystick verfügt über sechs Freiheitsgrade und erschließt Anwendern völlig neue Bedienkonzepte.

02. Februar 2018

Industrielle Anlagen und medizinische Geräte lassen sich auf vielfältige Weise steuern. Megatron aus Putzbrunn bei München hat dazu zum Beispiel Joysticks im Programm. Ein spezieller Vertreter aber ist die Space Mouse, die schon 1970 am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wurde. Die Experten kamen zu dem Ergebnis, dass ein in einen Ball integrierter sechsachsiger Kraft-Drehmoment-Sensor die beste Lösung für die Steuerung von Geräten im kartesischen Raum sei. Mit der Maus ließen sich aber auch die immer populärer werdenden 3D-Grafik-Systeme (CAD) leicht bedienen.

Für den Vertrieb der Maus auf dem europäischen Markt gründete das DLR das Unternehmen Space Control, und 1993 kam es für den Vertrieb in Amerika und Asien zur Zusammenarbeit mit Logitech. Dank der Logitech-Tochter 3Dconnexion entwickelte sich die 3D-Maus zudem schnell zum Standard-Bedienelement für CAD-Programme.

Um neue Zielgruppen in der industriellen Automatisierung und in der Medizintechnik zu erschließen, schloss 3Dconnexion 2014 eine Kooperation mit Megatron. In enger Abstimmung mit Kunden und Herstellern werden dort Produkte so modifiziert, dass sie die jeweiligen Anforderungen bestmöglich erfüllen. »Das Space Mouse Module ist eine einzigartige Bedieneinheit, weil sie die Grenze zwischen Mensch und Maschine aufhebt«, sagt Marco Ahrens, Produktmanager bei Megatron.

Der Bedarf für den 3D-Joystick dürfte groß sein, denn die herkömmlichen Befehlseingabe-Geräte bieten jeweils nur begrenzte Möglichkeiten. 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 wiederum sind genau dafür ideal, können aber nicht wie das Space Mouse 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.

Intuitiv steuern

Die Megatron Space Mouse ist deutlich vielseitiger einsetzbar als diese Geräte zur Befehlseingabe, denn sie verfügt über insgesamt sechs Freiheitsgrade. Dank dieser Ausstattung ist eine vollkommen intuitive Steuerung von komplexen 3D-Bewegungen mit nur einer Hand möglich – bisher waren dazu zwei separate Steuereinheiten nötig.

Kernstück ist ein opto-elektronischer Sensor, der kontaktlos und somit verschleißfrei arbeitet. Diese Technologie ist im Unterschied zu anderen Sensortypen relativ unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störfeldern und deshalb in einem sehr breiten Anwendungsspektrum einsetzbar. So eignet sich das Modul unter anderem zur Steuerung räumlicher Bewegungen – zum Beispiel von Kanalinspektionsgeräten, gyroskopisch stabilisierten Drohnen, Drehzen-?tren oder Instrumenten in der assistierten Chirurgie. Hier 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.

Ein wichtiges Einsatzgebiet für die spezielle Maus ist die Mensch-Roboter-Kollaboration. Bediener teachen mit ihr automatisierte Abläufe auch ohne Programmierkenntnisse ganz intuitiv. So ist der 3D-Joystick eine ideale Alternative für Unternehmen, 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, etwa in der Pkw-Fertigung bei der Montage von Autodächern und -türen, die zu sperrig und zu schwer für menschliche Arbeiter sind.

Visualisieren, simulieren

Auch in der Steuerung von Visualisierungen und Simulationen in der Medizin- und Dentaltechnik oder für Bearbeitungszentren in der Fertigung hat sich die Space Mouse bewährt. Ohne Bedienkappe ist sie darüber hinaus auch als Bewegungssensor zu verwenden, der kleinste Positionsveränderungen zweier Objekte oder Aufhängepunkte relativ zueinander erfasst. Auf diese Weise sind statische Größen wie Abstände oder Lastenverteilung ebenso zu messen wie dynamische Parameter, also Vibrationen, Winddruck oder Strömungen. Ein ideales Einsatzgebiet ist auch die vorausschauende Wartung im industriellen Bereich, da sich kritische Zustände gut vorhersagen lassen.

Der 3D-Joystick ist wahlweise mit einer seriellen UART- oder mit einer USB-Schnittstelle ausgestattet. In der UART-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 kunden?individuelle Anbindung des Space Mouse Module an vorhandene Feldbussysteme an.

»Die Montage gestaltet sich dank der geringen Einbautiefe von 15 Millimetern und des Schraubflansches einfach und kostengünstig«, freut sich Marco Ahrens. Neben den bereits existierenden Einsatzgebieten kann er sich viele weitere Anwendungen für das Modul vorstellen: »Damit lassen sich auch Unterwasserfahrzeuge steuern, zum Beispiel bei der Inspektion von Schiffsrümpfen oder Offshore-Installationen. Auch die Behandlung von Tumoren in der Medizin könnte man mit dem Space Mouse Module verbessern, da Ärzte mit ihm die Möglichkeit hätten, 3D-Modelle des Patienten-Gehirns um alle Achsen zu drehen.«

Weitere zukunftsträchtige Einsatzgebiete für das Space Mouse Module seien die Steuerung von Drohnen zur Paketzustellung oder von Handlinggeräten für die Gepäckbeförderung an Flughäfen. mk

Erschienen in Ausgabe: 01/2018