Zahlreiche einfache Befehlsaufgaben in der Telerobotik und Telepräsenz können mit Mensch-Maschine-Schnittstellen mit maximal zwei oder drei Freiheitsgraden (DoF) erledigt werden. Für diese Art von Anwendungen stellt der Joystick eine sehr intuitive Möglichkeit dar, einen Teleoperator oder ein Objekt in einer virtuellen Umgebung mit zwei Freiheitsgraden zu steuern. Diese Art der Mensch-Maschine-Schnittstelle wurde immer beliebter, nachdem sie als Befehlseingabe in PC-Spielen verwendet wurde. In den letzten Jahren wurde die Funktionalität von Joystick-Systemen durch das Hinzufügen von elektrischen Aktuatoren zu den Joystick-Achsen erweitert, die auf diese Weise Force-Feedback-Befehle an die Hand des Bedieners und somit eine präzisere und intuitivere Befehlsausgabe ermöglichen.
Zielsetzungen: Das Ziel unserer Entwicklungsarbeiten an Force-Feedback-Joysticks war es, eine sehr realistische haptische Darstellung mit zwei DoF zu erreichen, die eine sehr realistische Kraftdarstellung ermöglicht.
Die mechatronische Lösung für die Kraftausübung bestand darin, das kardanische Gelenk der Joystick-Achsen mit einer Antriebskombination aus eisenlosen Gleichstrom-Bürstenmotoren und Kabelgetrieben zu versehen. Dieser Ansatz ermöglicht die Veränderbarkeit verschiedener Kraftniveaus durch Anpassung der Motor-Getriebe-Kombination.
Um eine hohe Genauigkeit zu erreichen, wird die Position in beiden Joystick-Achsen mit hochauflösenden Encodern gemessen und die Motoren haben eisenlose und schräge Wicklungen. Die Leistungselektronik sorgt für eine sehr präzise Stromregelung in beiden Achsen mit sehr hohen Abtastraten.