Zahlreiche Technologien haben ihren Ursprung in Weltraummissionen – so auch der 3D-Joystick namens SpaceMouse. 1993 wurde für die Bedienung eines Roboterarms im Weltall eine Steuerung in der Raumfähre Columbia eingesetzt. Das war der Startschuss für die Entwicklung des patentierten, optischen Messsystems, mit dem bis zu sechs Achsen präzise steuern lassen. Auf der Erde hat sich die Technologie zunächst in Form einer 3D-Maus für den Computer einen Namen gemacht: Zahlreiche Konstrukteure verwenden den Joystick zum Drehen und Zoomen von 3D-Modellen. Auch in der Variante für die Industrie – dem SpaceMouse Module von Megatron – wird der Joystick für komplexe 3D-Bewegungen mit nur einer Hand genutzt. Das bietet sich vor allem beim Steuern von mehrachsigen Geräten wie Robotern an.
Für die mechanische Steuerung kann der Joystick auf zwei Arten mit der Applikation interagieren. Entweder wird er klassisch in einer Konsole zur Fernsteuerung verbaut oder direkt am Gerät selbst. Bei der Direktmontage greift der Bediener einfach mit einer Hand den Knauf des Joysticks und die Maschine setzt die Eingabe in eine direkte Bewegung um. Für die bestmögliche Bedienbarkeit der Applikation wird die gewünschte Empfindlichkeit zur Steuerung der SpaceMouse über die Gerätesoftware der Anwendung reguliert. Zusätzlich können Funktionen wie das Quittieren einer Eingabe über ein kurzes Drücken des Knaufs ausgelöst werden. Kernstück des 3D-Joysticks ist ein optoelektronischer Sensor, der kontaktlos und somit verschleißfrei arbeitet. Bei dieser Lösung kommt es im Unterschied zu anderen Sensortypen zu keinem Abrieb und damit zu keiner Änderung des Sensorsignals über die Nutzungsdauer. Die industrielle SpaceMouse ist wahlweise mit serieller, USB- oder CANopen-Schnittstelle verfügbar. Die Montage des 3D-Joysticks gestaltet sich aufgrund des Schraubflansches und der geringen Einbautiefe von 15mm unkompliziert.
Mit der SpaceMouse lässt sich der Kamerakopf des RoboticScope exakt über dem Operationsfeld positionieren. – Bild: BHS Technologies GmbH 
Das SmartPAD von Kuka ermöglicht mithilfe des SpaceMouse-Moduls die einfache Ausführung komplexer Bedienaufgaben. – Bild: Kuka Group
Unkompliziertes Teachen von Robotern
In der Robotik wir die SpaceMouse schon lange als Joystick im Kuka-Bedien-Panel SmartPad eingesetzt, das die einfache Programmierung und Steuerung mehrachsiger Industrieroboter ermöglicht. Der Bediener steuert den Roboter mit einer Hand, während die andere frei bleibt, um das Bedien-Panel zu halten. Der Joystick kommt aber auch beim Kuka-Handguiding zum Einsatz. Dazu wird der Joystick als Navigator am Roboter montiert. Mit einer Hand wird die Kinematik über das angeflanschte Modul durch den Bediener geführt. Es braucht dafür keine Kenntnisse der Funktion des Joysticks oder der Basiskoordinaten. Das Personal kann den Roboter in alle Richtungen frei durch den Raum führen und so Bewegungsabläufe programmieren. Aus einem komplexen Programmierprozess wird damit einfaches, komfortables und schnelles Bedienen.
Auch in der Medizintechnik sind roboterassistierte Systeme stark im Kommen. Ein eindrucksvolles Beispiel bietet die mikrochirurgische Visualisierungslösung RoboticScope von der Firma BHS Technologies. Das Operationsmikroskop ermöglicht chirurgisches Arbeiten in ergonomischer Körperhaltung durch das Zusammenspiel zwischen dem am Kopf getragenen Head-Mounted Display (HMD) und dem robotergeführten Kamerakopf. Das HMD erkennt die Drehung des Kopfes nach links und rechts und der Roboterkopf folgt diesen Bewegungen. Das RoboticScope passt sich also dem Operateur an, anstatt umgekehrt. So können die Hände am Patienten bleiben und die Chirurgen haben das Operationsfeld immer im Blick. Eine Herausforderung für BHS Technologies bestand darin, eine Steuereinheit zu finden, die schnell und einfach eine provisorische Positionierung des Roboterkopfes ermöglicht. Die Lösung fand das Unternehmen im SpaceMouse-Modul, denn der Operateur kann damit den Roboterkopf frei im Raum verschieben, als wäre er sein verlängerter Arm.
Auch die Firma Interventional Systems setzt die SpaceMouse ein. Das Unternehmen hat Micromate, eine medizinische Roboterplattform, entwickelt, die eine Vielzahl perkutaner Eingriffe von Kopf bis Fuß ermöglicht – also minimalinvasiver Operationen durch die Haut hindurch. Durch den Joystick lässt sich die OP-Nadel deutlich genauer positionieren als mit der konventionellen Freihand-Zielführung. Darüber hinaus ist die Roboterplattform innerhalb weniger Minuten an jeder Art von Patiententisch montierbar und reduziert die Strahlenbelastung für Arzt und Patient. Das System passt zudem als einziger Medizinroboter in den Ringtunnel eines Computertomografen. Micromate bietet interventionellen Radiologen und Onkologen also eine kostengünstige, einfach zu handhabende und vollausgestattete Miniatur-Roboterplattform für die Durchführung von Biopsien, die Entfernung von Tumoren und andere hochpräzise chirurgische Prozesse.