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Joystick
Per applicazioni industriali e mediche
Guida ai joystick
Indice
- Applicazioni per joystick: la scelta giusta del design
- Configurazione degli assi: la selezione dei gradi di libertà disponibili
- Configurazione degli assi - scelta del limitatore giusto
- L'impugnatura - l'interfaccia con l'utente
- Tecnologie dei sensori - senza contatto, potenziometrici o con interruttore?
- Caratteristiche di ripristino e aptica - feedback e sensazione di controllo
- Uscite e interfacce: analogiche o digitali?
- Suggerimenti e consigli:
- Personalizzazioni del prodotto
Applicazioni per joystick: la giusta scelta progettuale
Per determinare il joystick migliore per la vostra applicazione, il primo passo è selezionare la dimensione. Nella maggior parte dei casi questo restringe la gamma dei prodotti. I design dei vari joystick possono essere suddivisi nelle seguenti categorie: Piccoli, Fingertip, Grandi e Desktop. Poiché ognuna di queste categorie è stata progettata per applicazioni fondamentalmente diverse, la scelta del tipo giusto è solitamente semplice.
I joystick a pollice sono i più piccoli.
Un'applicazione classica è quella dei telecomandi, in cui l'operatore deve tenere in posizione un alloggiamento, lasciando la mano libera per il movimento di input. Il controllo avviene quindi tipicamente con il pollice. I joystick a pollice sono anche installati in pannelli di controllo o in joystick palmari di grandi dimensioni, perché lo spazio è spesso limitato e le dimensioni dei joystick a pollice non sono molto più grandi di quelle di pulsanti e interruttori.
I joystick fingertip sono i più completi nella gamma di medie dimensioni
Questi joystick offrono all'utente il massimo livello di precisione operativa grazie al fatto che le dita umane o i polpastrelli possono esercitare il miglior controllo quando azionano l'impugnatura. Le applicazioni sono numerose e varie, così come la varietà di joystick fingertip. Questo tipo di joystick è particolarmente adatto al controllo di apparecchiature mediche, telecamere di sorveglianza o macchinari mobili.
I joystick grandi rappresentano la tipologia più ampia
In generale, la stabilità meccanica aumenta con le dimensioni. Tuttavia, anche l'applicazione pone requisiti più elevati al prodotto. Nel settore degli impieghi gravosi, ad esempio, i joystick vengono utilizzati per controllare gru, macchine edili e altri veicoli e attrezzature di grandi dimensioni. I requisiti di sicurezza sono particolarmente elevati e di solito sono richiesti elettronica e sensori ridondanti. Di conseguenza, i costi di investimento aumentano con le dimensioni del joystick.
I joystick da tavolo rappresentano un gruppo speciale
Di norma, si tratta di joystick fingertip integrati in alloggiamenti da tavolo, di solito con alcuni pulsanti per funzioni aggiuntive nell'alloggiamento. Questi dispositivi di input coprono la domanda piuttosto ampia di applicazioni stazionarie con joystick a dita già installati in modo permanente. Particolarmente degno di nota è il settore della videosorveglianza. Al giorno d'oggi solo le varianti USB sono importanti in questo ambito, perché le informazioni di input vengono solitamente trasferite immediatamente a un computer.
Configurazione dell'asse
La selezione dei gradi di libertà disponibili
Ogni modello di joystick presenta alcune limitazioni relative al numero di gradi di libertà disponibili e alla libertà di movimento per il funzionamento. I gradi di libertà sono chiamati assi per i joystick. La maggior parte dei modelli offre 2 assi, ossia l'impugnatura può muoversi nelle direzioni X e Y (avanti/indietro, sinistra/destra). In alcuni modelli, l'impugnatura può anche essere ruotata. Questo è chiamato asse Z e consente di inserire un totale di 3 gradi di libertà in progetti semplici.
La maggior parte dei joystick piccoli offre un massimo di 2 gradi di libertà. Molti joystick fingertip sono disponibili come joystick a 3 assi. Tuttavia, è possibile implementare un numero ancora maggiore di assi per i joystick grandi. Nella piastra di testa di questi joystick c'è spazio per molti elementi di input e quindi per ulteriori gradi di libertà.
Un'eccezione alla gamma è il nostro modulo SpaceMouse®: qui l'impugnatura di controllo può essere deviata in tutte e tre le direzioni; inoltre, è possibile l'inclinazione/rotazione in ogni direzione. Il risultato è un totale di 6 gradi di libertà, che consentono una navigazione e un controllo diretti e intuitivi nello spazio tridimensionale.
Configurazione dell'asse - selezione del limitatore
La libertà di movimento degli assi principali può essere limitata in quasi tutti i modelli. In alcune applicazioni, quando il primo asse si deflette, il secondo asse deve essere bloccato (limitatore "plus"). In altri casi, la deflessione simultanea deve essere possibile solo in misura ridotta (limitatore rotondo). Il limitatore quadrato offre piena libertà di movimento. Alcuni modelli di joystick manuale offrono la possibilità di bloccarsi al centro o durante la deflessione. A questo proposito, vedere la sezione "Caratteristiche di reset e tattilità".
L'impugnatura - interfaccia con l'utente
La configurabilità delle impugnature aumenta con le dimensioni del modello. I joystick piccoli offrono molte forme di impugnatura e alcuni offrono la possibilità di commutare con la pressione sull'impugnatura.
Con i joystick fingertip, la varietà aumenta ulteriormente e sono già disponibili diversi pulsanti.
I joystick grandi offrono la più ampia varietà di opzioni di impugnatura. Infatti, quasi tutti i modelli sono personalizzati per l'applicazione. La configurabilità è solitamente superiore a quella indicata nelle schede tecniche. Non esitate a contattarci per ottenere la soluzione migliore per la vostra applicazione!
Selezione della tecnologia dei sensori
Senza contatto, potenziometrico o tramite interruttore?
Due tecnologie sono oggi importanti per i joystick industriali: I sensori di Hall e i sensori potenziometrici.
La tecnologia dei sensori di Hall è una tecnologia senza contatto in cui il rilevamento della deflessione da parte del sensore avviene senza contatto. Questo ha il vantaggio che l'usura è praticamente nulla e quindi il comportamento del sensore non cambia per tutto il tempo di funzionamento.
Se non ci sono motivi particolari per escludere questa tecnologia, come ad esempio una forte interferenza elettromagnetica nell'ambiente di applicazione, di solito si scelgono i sensori di Hall.
I sensori potenziometrici utilizzano elementi wiper e resistenze per il rilevamento sensoriale. Solo i potenziometri di alta qualità, cosiddetti di precisione, soddisfano i requisiti più esigenti in termini di qualità e durata. Il vantaggio di questa tecnologia è la sua insensibilità ai campi di interferenza esterni. I joystick con sensori potenziometrici sono particolarmente diffusi nella tecnologia medica, dove i requisiti di immunità ai raggi X, ad altri campi di interferenza e alle scariche elettrostatiche sono molto elevati.
Se nelle applicazioni non è richiesto un segnale di uscita continuo tra la deflessione minima e massima, gli switch stick sono una buona scelta. Questi sono dotati solo di interruttori che rilevano la deflessione del joystick. Grazie alla loro struttura semplice e lineare, gli interruttori sono molto insensibili alle interferenze e ai disturbi. Tuttavia, il numero di operazioni di commutazione è limitato e di solito comporta una durata di vita più breve. Una situazione particolare è rappresentata dall'uso degli interruttori per la commutazione di correnti elevate direttamente tramite il joystick, che altrimenti deve essere effettuata con un relè esterno.
In generale, va notato che la tecnologia dei sensori utilizzata non dice nulla sulla qualità e sulla durata della meccanica del joystick. Può accadere che la meccanica dei componenti a basso costo si guasti molto prima dei sensori, quindi la tecnologia dei sensori non deve essere sopravvalutata. Nei casi più semplici, consigliamo i joystick Hall compatti, perché sono i più facili da integrare e sono adatti alla maggior parte delle applicazioni.
Le applicazioni critiche per la sicurezza richiedono spesso progetti ridondanti con due elementi sensore per asse. Quasi tutti i nostri modelli sono disponibili come versione ridondante.
Meccanismo di ritorno e aptica
Di norma, l'applicazione determina se il joystick deve tornare alla posizione iniziale quando non viene azionato (tramite ritorno a molla) o se deve rimanere nell'ultima posizione in una o più direzioni di deflessione (freno a frizione, opzionalmente anche tramite posizioni di fermo).
La maggior parte dei modelli moderni di joystick è dotata di una molla centrale. Questa molla riporta la leva di comando nella posizione centrale per entrambe le direzioni di deflessione. La forza della molla può essere regolata. Per motivi costruttivi, non è possibile implementare ulteriori regolazioni come un freno a frizione aggiuntivo.
Se l'applicazione richiede freni a frizione o posizioni di arresto, è necessario utilizzare modelli speciali, il cui design è più grande e complesso, ma che sono quindi più flessibili per tali adattamenti.
Uscite e interfacce: analogiche o digitali?
Quasi tutti i modelli di joystick offrono uscite analogiche di tensione nell'intervallo 0-5 V. Di solito si tratta delle versioni di base dei prodotti e quindi delle versioni più economiche. Poiché i potenziometri sono fondamentalmente componenti passivi, i joystick con funzioni potenziometriche offrono solitamente solo uscite analogiche. Per alcuni modelli sono disponibili solo versioni analogiche, sufficienti per la maggior parte delle applicazioni. I modelli moderni con sensori senza contatto offrono interfacce digitali aggiuntive, come la modulazione dell'ampiezza degli impulsi (PWM), le varianti USB, RS232 (seriale) e CAN bus. Le interfacce offerte sono molto diverse e sono elencate solo per alcune serie. Pertanto, quando si specifica un'interfaccia, conviene considerare solo questi prodotti.
Suggerimenti e consigli
Circuito
A seconda della tecnologia del sensore utilizzato, l'elettronica di valutazione deve essere progettata in modo molto diverso. I joystick a effetto Hall utilizzano circuiti integrati come elementi sensoriali, che sono installati su circuiti stampati all'interno dell'alloggiamento dei joystick. A seconda del design del circuito stampato, si devono quindi rispettare parametri operativi diversi, che si possono trovare nella scheda tecnica. Questo vale quindi anche in generale per i sistemi bus offerti.
Nei modelli potenziometrici con uscite analogiche, invece, i sensori angolari sono componenti passivi (potenziometri in plastica conduttiva) e i modelli non sono solitamente dotati di elettronica di controllo. I collegamenti portano direttamente ai potenziometri, che devono essere azionati in un circuito a partitore di tensione per non danneggiare i sensori. Prestare particolare attenzione affinché non scorra corrente rilevante attraverso le uscite, in quanto ciò potrebbe danneggiare i tergicristalli dei potenziometri.
Influenze ambientali
Vibrazioni, sovraccarichi meccanici, calore, sostanze aggressive, ecc. possono compromettere la sicurezza di funzionamento degli elementi di ingresso. La resistenza dei singoli modelli varia notevolmente e in genere i prezzi più elevati sono giustificati da una maggiore resistenza o da migliori specifiche tecniche.
In generale: Le classi di protezione specificate sono indicate sopra il pannello. Se si prevede la presenza di umidità al di sotto della guarnizione, è necessario scegliere prodotti che consentano la sigillatura opzionale dell'elettronica. Contattateci se avete questa esigenza.
Le temperature di esercizio specificate sono utilizzate come valori di riferimento per le proprietà di recupero della meccanica e degli elastomeri utilizzati per le guarnizioni, ma anche per i componenti elettronici. La maggior parte dei joystick funziona anche a temperature inferiori a quelle specificate nella scheda tecnica. Soprattutto per le applicazioni rilevanti per la sicurezza, si consiglia di non far funzionare i joystick al di fuori di questi limiti.
Montaggio
La maggior parte dei modelli può essere montata in un pannello dall'alto. In genere, la base, il potenziometro del joystick, è rotonda ed è fissata da 4 viti. In alcuni modelli, la maniglia passa attraverso l'incavo del pannello e può quindi essere installata nel pannello anche dal basso. A seconda del grado di protezione e del tipo di costruzione generale, i coperchi della meccanica (soffietti in gomma) sono avvitati insieme a un anello di copertura per formare una guarnizione oppure vengono fornite guarnizioni separate per garantire la tenuta nel pannello.
Personalizzazioni dei prodotti
Noi di MEGATRON vantiamo un'esperienza decennale come partner affidabile per i clienti del settore industriale e della tecnologia medica. Il nostro punto di forza è la personalizzazione dei prodotti. In particolare, l'adattamento ottimale dei nostri joystick all'applicazione è richiesto per quantità medio-piccole, poiché spesso si tratta di mercati di nicchia.
I joystick offrono una varietà di opzioni di personalizzazione. A seconda della caratteristica da modificare, questi adattamenti possono essere realizzati già per piccole quantità. Contattateci e descriveteci la vostra richiesta: troveremo la soluzione migliore per la vostra applicazione.
I moderni joystick industriali sono per lo più sistemi modulari. Ciò consente un adattamento relativamente economico del joystick all'applicazione, poiché i singoli componenti possono essere facilmente sostituiti durante l'assemblaggio. La disponibilità dei componenti dipende dalle esigenze del mercato e definisce ciò che è una variante standard o speciale. Grazie al sistema modulare, l'impegno richiesto per le progettazioni speciali specifiche per il cliente è limitato, poiché è necessario adattare o riprogettare solo i singoli moduli.
Una cosa che accomuna i sistemi modulari e i joystick con molte varianti è che l'abbondanza di opzioni rende praticamente impossibile rappresentare tutte le possibili combinazioni elettriche e meccaniche o addirittura stoccarle come articolo fisico. Questo perché il numero totale di tutti i prodotti che possono essere generati dalla chiave d'ordine risulta moltiplicato dalle scelte per ogni modulo del kit di costruzione. Soprattutto nel caso di serie di prodotti altamente personalizzabili con molte opzioni, la diversità degli articoli ammonta a diverse centinaia o migliaia di varianti che risultano dalla combinatoria del codice d'ordine. Per questo motivo, nella scheda tecnica di alcune serie abbiamo evidenziato le opzioni di prodotto che hanno un alto livello di accettazione sul mercato e le abbiamo dichiarate come standard.
Le opzioni di selezione delle caratteristiche del joystick sono adattamenti elettrici o meccanici. Inoltre, realizziamo personalizzazioni del prodotto che vanno oltre le opzioni del codice d'ordine e forniamo esempi di altre possibilità. È la capacità di ottimizzare l'offerta in base ai requisiti dell'applicazione che ci contraddistingue.
Il prerequisito per farlo è conoscere al meglio l'applicazione e il campo di applicazione. Solo in questo modo possiamo analizzare il prodotto richiesto in termini di possibilità tecniche e di implementazione economica. Nell'ambito della nostra consulenza, determiniamo il prodotto migliore in base alle vostre esigenze applicative e, se necessario, suggeriamo prodotti alternativi se offrono vantaggi per voi da un punto di vista economico e tecnico.
Ottimizzazioni meccaniche ed elettriche
Assemblaggio di cavi e connettori
Risparmiate tempo e fatica ricevendo il vostro prodotto già con la sua confezione finale di cavi, adatta all'integrazione nella vostra linea di produzione senza ulteriori sforzi da parte vostra. Comunicateci i requisiti relativi alle condizioni ambientali e alla situazione di installazione - su richiesta, ci occuperemo della preparazione della documentazione tecnica, dell'approvvigionamento operativo e della realizzazione dell'assemblaggio di cavi e connettori per il componente offerto.
Ottimizzazione del design della maniglia
Per le nostre serie di joystick è disponibile un'ampia scelta di varianti di manopole per ottimizzare la sensazione dell'applicazione. Ma possiamo anche adattare la forma della manopola in base ai desideri del cliente. Su richiesta, prepariamo proposte di design e procuriamo tutti i componenti necessari per realizzare il prodotto ideale per la vostra applicazione.
Programmazione personalizzata
I joystick Hall e i modelli con sistemi di sensori ottici, in particolare, utilizzano moderni circuiti integrati programmabili (IC) con i quali è possibile ottimizzare il comportamento del segnale del joystick per l'applicazione: ad esempio, il comportamento di risposta quando viene deviato dalla posizione centrale (zona morta, vedi illustrazione) o la variazione dell'intervallo del segnale in uscita. Analizziamo le condizioni tecniche in cui è possibile una programmazione speciale nella produzione di serie e realizziamo prototipi per la vostra applicazione. A seconda delle possibilità, i joystick vengono riprogrammati durante la linea di produzione o separatamente con attrezzature di produzione appositamente create.
Adattamento di colore e forma
Come elemento di controllo, l'interfaccia del joystick si trova molto spesso nel campo visivo centrale dell'applicazione. Pertanto, il valore di riconoscimento è di grande importanza. Ci occupiamo della progettazione aziendale corrispondente in base alle vostre specifiche. Grazie alle stampanti 3D, i prototipi stampati possono essere prodotti tempestivamente per la campionatura e la forma ideale può essere trovata in un tempo relativamente breve. Con un numero di pezzi corrispondente, il design può essere realizzato in modo economico mediante stampaggio a iniezione.
Personalizzazione dell'aptica e della sensazione operativa
La sensazione operativa nell'applicazione è influenzata in modo significativo dalla forma e dal materiale dell'impugnatura, ma soprattutto dalla forza richiesta per la deflessione. Un'elevata forza di ritorno al centro, ad esempio, può portare a un più rapido affaticamento dell'operatore rispetto a una bassa forza di ripristino. Tuttavia, una forza di ripristino relativamente elevata favorisce di solito un controllo preciso della macchina. Come sempre, la scelta giusta dipende dai requisiti dell'applicazione e, finché il design del joystick consente la regolazione della molla, si tratta di uno sforzo gestibile. Contattateci per conoscere le possibilità del modello di joystick che preferite.
Personalizzazione degli elementi di input
Un'altra personalizzazione comune è l'inserimento ottimale di funzioni aggiuntive nell'impugnatura dei joystick. Numerosi joystick offrono già un'ampia gamma di scelta. Fondamentalmente, il numero di elementi da inserire è limitato dallo spazio possibile nella manopola e dal numero di cavi elettrici da far passare nella base. Insieme a voi, determiniamo le possibilità in base alle vostre esigenze e, se necessario, produciamo progetti personalizzati per implementare le funzioni operative richieste nel miglior modo possibile.
I joystick svolgono un ruolo centrale come dispositivi di input nei concetti operativi all'interfaccia tra uomo e macchina. Sono utilizzati in molte applicazioni industriali, come la robotica, le gru, le macchine agricole e forestali, le macchine edili, la tecnologia medica, nonché per il controllo di macchine mobili e linee di produzione industriali. A causa delle condizioni ambientali spesso difficili, un joystick industriale deve essere robusto e avere una lunga durata per ridurre al minimo i guasti.
I joystick offerti da MEGATRON utilizzano moderni sensori Hall senza contatto o potenziometri di alta qualità. I nostri joystick industriali si distinguono in particolare per i componenti e la costruzione di alta qualità, che garantiscono un funzionamento duraturo e affidabile. MEGATRON offre le soluzioni giuste per questa vasta gamma di applicazioni e per i diversi requisiti dei joystick.
Joystick piccoli per dispositivi portatili o per l'integrazione in pannelli, joystick fingertip per attività di controllo delicate, joystick grandi per l'uso negli ambienti più difficili e joystick in alloggiamenti ergonomici da tavolo con pulsanti integrati per funzioni aggiuntive. Questo ci consente di soddisfare un'ampia gamma di requisiti dei clienti, offrendo al contempo soluzioni personalizzate grazie allo sviluppo, alla produzione e al controllo qualità interni.