Joystick nie jest już wyłącznie dźwignią służącą do poruszania wysięgnikiem lub łyżką. W części maszyn przejmuje zadania kierownicy, obsługę przekładni, sterowanie osprzętem i wybór parametrów pracy. Wraz z rozszerzaniem jego funkcji zmienia się całe stanowisko operatora – od konstrukcji fotela po sposób rozmieszczenia ekranów i przełączników.
Coraz więcej poleceń bez odrywania dłoni
W starszych konstrukcjach wiele istotnych funkcji miało oddzielną dźwignię albo przełącznik. Operator przenosił ręce między kierownicą, sterowaniem osprzętem, wyborem kierunku jazdy i pozostałymi elementami rozmieszczonymi na pulpicie. Rozwój układów elektrohydraulicznych pozwolił skupić wiele z tych poleceń w jednym lub dwóch niewielkich kontrolerach.
Współczesny joystick może mieć przyciski uruchamiane kciukiem, proporcjonalne rolki, niewielkie przełączniki oraz dodatkowe osie ruchu. Dzięki temu operator obsługuje kilka funkcji bez zdejmowania dłoni z głównego elementu sterującego. Nie oznacza to, że każdy przycisk działa zawsze tak samo. Jego przeznaczenie może zależeć od modelu maszyny, podłączonego osprzętu albo wybranego trybu pracy.
Zakres obsługiwanych zadań różni się pomiędzy poszczególnymi rodzajami sprzętu. W koparce joystick nadal odpowiada głównie za ruchy wysięgnika, ramienia, łyżki i obrotu nadwozia. W równiarkach może sterować również kierunkiem jazdy, przekładnią, pochyleniem kół i ustawieniem lemiesza. Z kolei w części ładowarek oraz koparek kołowych spotyka się sterowanie jazdą za pomocą joysticka lub umieszczonych na nim rolek.
Ergonomia zależy od całego stanowiska
Mniejsza liczba dźwigni nie gwarantuje jeszcze wygodnej pracy. Znaczenie mają położenie kontrolera, siła potrzebna do jego wychylenia, kąt ustawienia nadgarstka oraz sposób podparcia przedramienia. Źle rozmieszczony joystick może ograniczyć sięganie do odległych przełączników, a jednocześnie wymuszać napięcie barku albo nienaturalne ułożenie dłoni.
Projektanci kabin biorą pod uwagę strefy wygodnego zasięgu i różnice w budowie ciała operatorów. Norma ISO 6682 opisuje strefy komfortu i zasięgu elementów sterujących w maszynach do robót ziemnych. Z kolei ISO 3411 określa wymiary operatorów uwzględniane przy projektowaniu oraz minimalną przestrzeń potrzebną na stanowisku pracy. Rozmieszczenie elementów sterujących wpływa więc na to, czy ich obsługa wymaga pochylenia ciała lub oderwania pleców od oparcia.
W kompaktowym sprzęcie układ elementów ma szczególne znaczenie, ponieważ przestrzeń wokół fotela jest ograniczona. Dotyczy to między innymi minikoparek wykorzystujących joysticki i hydraulikę proporcjonalną. Operator musi zachować swobodę ruchów, a równocześnie mieć w zasięgu sterowanie podstawowymi funkcjami oraz dodatkowym osprzętem.
Podłokietnik pracuje razem z operatorem
Jedną z ważniejszych zmian konstrukcyjnych jest mocowanie joysticków przy fotelu zamiast na nieruchomej konsoli. Gdy operator przesuwa siedzisko albo zmienia ustawienie oparcia, kontrolery mogą zachować podobne położenie względem jego rąk. Pozwala to dopasować stanowisko bez ponownego szukania wygodnej pozycji wobec elementów przymocowanych do kabiny.
Podłokietnik staje się w takim układzie częścią sterowania. Musi podtrzymywać przedramię podczas precyzyjnych ruchów, lecz nie może ograniczać zakresu pracy joysticka. Liczy się również możliwość niezależnej regulacji jego wysokości i kąta. Szczególnie istotne jest to w maszynach obsługiwanych przez kilku operatorów, którzy rozpoczynają zmianę od ustawienia fotela zgodnie z własnym wzrostem i sposobem pracy.
Ergonomii kontrolerów nie da się oddzielić od zachowania całej maszyny. Drgania, wstrząsy podczas jazdy, widoczność przez szyby, konstrukcja zawieszenia fotela i rozmieszczenie monitorów wpływają na obciążenie operatora. Joystick może zmniejszyć liczbę obszernych ruchów ramion, lecz nie zrekompensuje źle ustawionego siedziska ani konieczności częstego obracania ciała w celu obserwowania osprzętu.
Elektronika zmienia charakter sterowania
W mechanicznym układzie ruch dźwigni był bezpośrednio powiązany z działaniem konkretnego mechanizmu. W sterowaniu elektrohydraulicznym joystick wysyła sygnał do sterownika, a ten zarządza pracą odpowiednich zaworów i siłowników. Pomiędzy ruchem dłoni a reakcją maszyny pojawia się więc elektronika, która może kształtować szybkość i płynność działania.
W zależności od modelu operator może zmienić czułość joysticka, tempo ruchu wysięgnika, przepływ oleju do dodatkowej linii hydraulicznej lub przypisać wybrane zadanie programowalnemu przyciskowi. Innych ustawień wymaga precyzyjne układanie materiału widłami, innych szybki załadunek, a jeszcze innych praca młotem hydraulicznym. Jeden fizyczny kontroler może dzięki temu współpracować z maszyną na kilka sposobów.
Elektroniczne sterowanie otwiera też drogę do funkcji wspomagających. Sterownik może łagodzić gwałtowne ruchy, pilnować zaprogramowanej głębokości lub wysokości i współpracować z systemem prowadzenia 2D albo 3D. Podobna zależność między poleceniem człowieka a reakcją urządzenia występuje przy automatyzacji ruchów żurawi budowlanych, gdzie czujniki i oprogramowanie kontrolują strefy pracy, obciążenie oraz możliwe kolizje.
Mniej ręcznych korekt, ale operator pozostaje potrzebny
Rozbudowany joystick nie zamienia maszyny w autonomiczne urządzenie. Nadal człowiek wybiera kierunek ruchu, obserwuje otoczenie i kieruje wykonaniem zadania. Elektronika może natomiast przejąć część powtarzalnych korekt albo ograniczyć ruch po osiągnięciu wcześniej ustalonej granicy.
W systemach półautomatycznych operator inicjuje działanie, a maszyna koordynuje ruchy kilku elementów. Przykładem może być profilowanie terenu, podczas którego układ automatycznie dostosowuje położenie wysięgnika i łyżki do zadanej powierzchni. Ręczne sterowanie nie znika, lecz zaczyna współpracować z warstwą oprogramowania interpretującą polecenia.
Zmienia to wymagania wobec osoby siedzącej w kabinie. Oprócz wyczucia hydrauliki coraz większego znaczenia nabiera prawidłowe dobieranie ustawień, rozumienie komunikatów na ekranie i świadome korzystanie z funkcji wspomagających. Duża liczba możliwości nie powinna jednak utrudniać podstawowej obsługi. Najczęściej używane funkcje muszą pozostać łatwo dostępne, a reakcja maszyny powinna być przewidywalna.
Tradycyjne układy nie znikają z dnia na dzień
Nie we wszystkich maszynach ograniczenie liczby dźwigni przynosi takie same korzyści. Część producentów nadal oferuje wybór pomiędzy joystickami a klasycznym zestawem kierownicy i sterowania dźwigniowego. Ma to znaczenie dla firm zatrudniających operatorów przyzwyczajonych do określonego układu oraz dla użytkowników, którzy cenią bezpośrednią i dobrze znaną reakcję mechanicznych elementów.
Nowe rozwiązania wymagają też czasu na naukę. Przeniesienie wielu poleceń na przyciski obsługiwane palcami wymaga poznania ich rozmieszczenia, zwłaszcza gdy operator przesiada się pomiędzy maszynami różnych producentów. Dlatego liczy się logiczny układ funkcji, czytelne oznaczenia oraz możliwość zapisania indywidualnego profilu ustawień.
Kierunek zmian pozostaje jednak wyraźny. Rozwój elektrohydrauliki i cyfrowych systemów sterowania, stosowanych również w elektrycznych maszynach budowlanych, ogranicza znaczenie bezpośredniego, mechanicznego połączenia między kontrolerem a konkretnym układem. Fotel, podłokietniki, joysticki, monitor, kamery i oprogramowanie tworzą jeden system. Dobrze zaprojektowany układ ma utrzymywać potrzebne funkcje blisko dłoni, zapewniać przewidywalną reakcję maszyny i ograniczać zbędne ruchy podczas wielogodzinnej pracy.