เนื้อหาวันที่ : 2006-08-29 11:56:13 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 9672 views

Gripper แขนจับชิ้นงานในอุตสาหกรรม

หน้าที่หลักของกริปเปอร์ คือ หยิบจับสิ่งของต่าง ๆ การใช้กริปเปอร์ให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด ต้องทำให้กริปเปอร์เคลื่อนที่ได้สามทิศทาง ซึ่งอุปกรณ์ที่จะช่วยให้กริปเปอร์เคลื่อนที่ในทิศทางดังกล่าวได้คือ แกนหุ่นยนต์ก็ใช้หลักการเดียวกันนี้ โดยใช้แกน 6 แกน แกนแขนจับชิ้นงานเหมาะสำหรับงานอุตสาหกรรมที่ต้นทุนเป็นปัจจัยสำคัญ แต่ไม่ต้องการความเร็ว

หน้าที่หลักของกริปเปอร์ (Gripper) คือ หยิบจับสิ่งของต่างๆ การใช้กริปเปอร์ให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด ต้องทำให้กริปเปอร์เคลื่อนที่ได้สามทิศทาง ซึ่งอุปกรณ์ที่จะช่วยให้กริปเปอร์เคลื่อนที่ในทิศทางดังกล่าวได้คือ แกน (Motion axes) หุ่นยนต์ก็ใช้หลักการเดียวกันนี้ โดยใช้แกน 6 แกน แกนแขนจับชิ้นงาน (Hand axes) เหมาะสำหรับงานอุตสาหกรรมที่ต้นทุนเป็นปัจจัยสำคัญ แต่ไม่ต้องการความเร็วในการเคลื่อนที่ที่สูงมากนัก และสามารถใช้แทนหุ่นยนต์ได้ แกนแขนจับชิ้นงานจึงเป็นทางเลือกอีกทางหนึ่ง เพราะสามารถติดตั้งได้อย่างรวดเร็วและราคาไม่แพง

 .

รูปที่ 1 อุปกรณ์ขนถ่ายชิ้นงานประกอบไปด้วย กริปเปอร์แบบ 3 จับ แขนเหวี่ยงและกระบอกสูบ

 .

อย่างไรก็ตามแกนแขนจับชิ้นงานไม่ใช่คำตอบสำหรับการใช้งานทุกประเภท แกนแขนจับชิ้นงานเหมาะสำหรับการเคลื่อนที่แบบหมุน 360 องศาและแบบแขนเหวี่ยง (Swivel) การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงระยะสั้นๆ และการเคลื่อนที่แบบไขสกรู (Screw driving motion) ลักษณะการเคลื่อนที่ที่พบเห็นได้บ่อยที่สุด คือ แขนเหวี่ยง ซึ่งเป็นเหุตผลว่าทำไมผู้ผลิตกริปเปอร์จึงสร้างกริปเปอร์ที่ใช้ได้กับแขนเหวี่ยงเกือบทุกรุ่น รูปที่ 1 แสดงอุปกรณ์ขนย้ายชิ้นงานแบบ 2 แกนซึ่งสามารถเคลื่อนที่ได้ระหว่าง 0 ถึง 270 องศาและมีความยาวช่วงชัก 100 มิลลิเมตร ตำแหน่งต่างๆ สามารถปรับแต่งได้อย่างแม่นยำเพราะมีตัวกันกระแทก

 .
องศาอิสระในการเคลื่อนที่(Degree of freedom)

ตัวอย่างองศาอิสระ เช่น ชิ้นงานสามารถมีองศาอิสระได้มากสุด 6 องศา คือ การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง 3 แกนคือ แกน X, Y และ Z และการเคลื่อนที่ในแนววงกลมอีกสามแกน คือ (1, (2 และ (3 แต่อย่างไรก็ตาม เครื่องจักรสำหรับเคลื่อนย้ายชิ้นงาน (Handling machine) สามารถมีองศาอิสระได้มากกว่า 6 องศา การเคลื่อนที่ในแนวแกนสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทดังนี้ (รูปที่ 2 ประกอบ) คือ แนวดิ่ง ขึ้น-ลง เดินหน้า-ถอยหลังและเคลื่อนที่ซ้าย-ขวา ในขณะที่การเคลื่อนที่ในแนววงกลมถูกแบ่งออกเป็นสามประเภทเช่นกัน คือ (1, (2 และ (3

 .

รูปที่ 2 การเปรียบเทียบระหว่างการเคลื่อนที่ในแนวแกนต่าง ๆ

 .

รูปที่ 3 หัวจับชิ้นงานประกอบเข้ากับกริปเปอร์ 2 ตัว

 .

การปิดเปิดของกริปเปอร์ไม่นับรวมเป็น องศาอิสระ เนื่องจากการปิดเปิดไม่มีผลต่อเส้นทางการเคลื่อนที่ของกริปเปอร์

 .

การประยุกต์ใช้งานในเครื่องจักรที่ทำหน้าที่หยิบชิ้นงานออกจากเครื่องจักรและป้อนชิ้นงานให้กับเครื่องจักร จำเป็นที่เครื่องจักรจะต้องหยิบชิ้นงานที่เสร็จแล้วออกมาให้เร็วที่สุดเท่าที่จะเร็วได้และใส่ชิ้นงานใหม่ลงไปแทน ซึ่งในกรณีนี้ สามารถใช้กริปเปอร์ 2 ตัวเพื่อการประยุกต์ใช้เช่นนี้โดยเฉพาะ ดูรูปที่ 3 ประกอบ

 .

รูปที่ 3.1

 .

รูปที่ 3.2

 .

หัวจับชิ้นงาน (Turret) ขับเคลื่อนด้วยกระบอกสูบเคลื่อนที่ในแนววงกลม (Rotary cylinder) ที่มีตัวกันกระแทกทั้งสองด้านและสามารถปรับตำแหน่งได้ หัวจับชิ้นงานถูกออกแบบมาให้ใช้กับกริปเปอร์ทั่วไปได้ คุณลักษณะที่สำคัญคือ ระยะคลอน (Backlash compensation) ในชุดขับเกียร์ (Rack-and-pinion unit) มิฉะนั้นแล้วอาจเกิดตำแหน่งในการหยิบจับชิ้นงานที่ผิดพลาดได้ การใช้กริปเปอร์ 2 ตัวนิยมใช้กับหุ่นยนต์เคลื่อนที่แบบ 2 แกน (Gantry robot) ไม่ว่ากริปเปอร์จะเคลื่อนที่ในแนววงกลมหรือแนวตรง การเคลื่อนที่จะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของชิ้นงานในกระบอกใส่ชิ้นงานที่มีลักษณะบางและยาวจะถูกป้อนเข้าเครื่องจักรในแนวนอนด้วยกริปเปอร์ปากจับแบบองศา (Radial gripper) ดังรูปที่ 3.1 สำหรับชิ้นงานที่มีลักษณะสั้นและหนาให้ใช้กริปเปอร์ปากจับแบบขนาน (Axial gripping) ดังรูปที่ 3.2

 .

          1.แท่นยึด

          2.ตัวกันกระแทก

          3.Set screw

          4.Parellel gripper

          5.กระบอกสูบ

.

รูปที่ 4 อุปกรณ์ขนถ่ายชิ้นงาน

 .

          1.แขนเหวี่ยง

          2.กระบอกสูบ

          3.ตัวยึดก้านสูบและกริปเปอร์

          4.กริปเปอร์

          5.สายพาน

          6.ชิ้นงาน

          7.ถาดวางชิ้นงานที่เสร็จแล้ว

          8.แขนต่อกริปเปอร์

          9.ถาดวางชิ้นงานใหม่

.

รูปที่ 5 อุปกรณ์ขนถ่ายชิ้นงานขนาดเล็ก

 .

การประยุกต์ใช้งานบางอย่างต้องทำการดัดแปลง กริปเปอร์ดังรูปที่ 4 ในกรณีนี้ กริปเปอร์จะอยู่บนจานหมุนและจะเคลื่อนที่โดยกระบอกสูบ Set screw มีไว้สำหรับปรับมุม ตัวอย่างนี้ถูกนำไปประยุกต์ใช้ร่วมกับหุ่นยนต์เคลื่อนที่แบบ 2 แกน เพื่อป้อนชิ้นงานเข้าเครื่องจักรในไลน์การผลิต อุปกรณ์ในระบบนิวแมติกเป็นตัวขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ต่างๆ ตัวอย่างเช่น กระบอกสูบที่เคลื่อนที่ในแนวตรงและวงกลม นำมาใช้ในการสร้างอุปกรณ์ขนย้ายชิ้นงานได้ ดูรูปที่ 5 ประกอบในกรณีนี้จุดที่หยิบจับชิ้นงานจะไม่อยู่ในแนวแกนของก้านสูบของแขนเหวี่ยงหรือกระบอกสูบ แต่จะเยื้องออกไป ซึ่งทำให้เกิดพื้นที่การทำงานที่มีลักษณะโค้ง ลักษณะเครื่องจักรประเภทนี้เหมาะสำหรับการป้อนชิ้นงาน ชิ้นงานจะถูกวางบนตำแหน่งที่เรียงกัน ถ้าต้องการความเร็วสูงต้องใช้กริปเปอร์อีกหนึ่งตัวช่วย โดยติดตั้งด้านหลังของกริปเปอร์ตัวแรกทำให้สามารถหยิบชิ้นงานใหม่ออกจากกระบอกใส่ชิ้นงานได้พร้อมๆ กับหยิบชิ้นงานเก่า เราสามารถประกอบอุปกรณ์ขนย้ายชิ้นงานเองได้อย่างรวดเร็วและง่ายดายโดยใช้หัวดูดสุญญากาศ (Suction cup) และกระบอกสูบที่ลูกสูบเคลื่อนที่ในแนววงกลมตั้งแต่ 0 ถึง 180 องศา (Semi-rotary cylinder) ซึ่งทำงานได้ที่อัตรา 3ครั้งต่อวินาที ดูรูปที่ 6

 .

รูปที่ 6 แขวนเหวี่ยง

 .

          1.ปากกริปเปอร์ 

          2.กริปเปอร์ 

          3.กระบอกสูบที่ลูกสูบเคลื่อนที่ในแนววงกลมตั้งแต่ 0 ถึง 180 องศา 

          4.ชิ้นงาน 

          5.สายพาน

 

รูปที่ 7 อุปกรณ์กลับด้านชิ้นงาน

 .

ในบางครั้งจำเป็นต้องมีการกลับด้านชิ้นงานในระหว่างขนย้ายข้ามเครื่องจักร ดูตัวอย่างเครื่องจักรในรูปที่ 7 แขนเหวี่ยงหมุน 180 องศา เพื่อขนย้ายชิ้นงานจากสายพานหนึ่งไปอีกสายพานหนึ่ง

 .

กริปเปอร์ 2 ตัวอยู่บ่อยๆ เครื่องจักรประเภทนี้มักมีชื่อเรียกว่า Duplex machine สามารถขนถ่ายชิ้นงานได้ 2 ชิ้นต่อหนึ่งรอบ ดังนั้นการติดตั้งกริปเปอร์ 4 ตัวคงจะเป็นความคิดที่ดีเพราะในหนึ่งรอบการทำงานสามารถป้อนชิ้นงานใหม่ 2 ชิ้นและหยิบชิ้นงานเก่า 2 ชิ้นพร้อมกัน แต่ในความเป็นจริงนั้นเครื่องจักรจะมีขนาดเทอะทะและยากในการใช้งานโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่และรูปร่างไม่คงที่ ซึ่งปัญหานี้สามารถแก้ไขโดยใช้ หัวจับชิ้นงานที่ติดตั้งกริปเปอร์ 3 ตัว ดูรูปที่ 8 กริปเปอร์ตัวแรก G1 หยิบชิ้นงานที่เสร็จแล้วจากจุด S1 หลังจากนั้นชิ้นงานใหม่จะถูกวางลงบนตำแหน่งที่ว่างโดยพนักงานผลิต ในขณะที่กริปเปอร์ G2 หยิบชิ้นงานที่เสร็จชิ้นที่สองที่ตำแหน่ง S2 กริปเปอร์ G3 หยิบชิ้นงานที่เสร็จแล้วในตำแหน่งถัดไป ถ้าในกรณี้นี้เราติดตั้งกริปเปอร์เพียงหนึ่งตัวทำให้หนึ่งรอบการทำงานเสียเวลามากกว่านี้

 .

รูปที่ 8 อุปกรณ์ขนถ่ายชิ้นงานที่ติดตั้งกริปเปอร์ 3 ตัว

 .

          1.หัวดูดสุญญากาศ 

          2.กระบอกสูบที่มีก้านสูบแบบแกนกลวง 

          3.แท่นยึด 

          4.ลูกกลิ้งแม่เหล็ก 

          5.สายพานลูกกลิ้ง 

          6.แผ่นโลหะ 

          7.โต๊ะยก

 .

รูปที่ 9 อุปกรณ์ขนถ่ายแผ่นโลหะ

 .

รูปที่ 10 เครื่องเขย่าขวด

 .

รูปที่ 9 เป็นรูปแสดงเครื่องจักรขนย้ายแผ่นโลหะ หัวดูดสุญญากาศติดอยู่กับก้านสูบของกระบอกสูบ ซึ่งจะยื่นทะลุผ่านสายพานลูกกลิ้งเพื่อสัมผัสและยกแผ่นโลหะขึ้นมา รอจนกระทั่งสายพานลูกกลิ้งดูดแผ่นโลหะติดแล้ว สายพานเคลื่อนที่ต่อไป

.

นอกจากอุปกรณ์นิวแมติกจะเป็นที่นิยมในสายงานวิศวกรรมเครื่องกลแล้ว ยังได้รับความนิยมในสาขาวิชาอื่นด้วย เครื่องเขย่าขวดในรูปที่10 เป็นตัวอย่างจากห้องแล็บที่ใช้ระบบอัตโนมัติ เครื่องเขย่าขวดนี้ประกอบไปด้วยกระบอกสูบ แขนเหวี่ยง และกริปเปอร์ นอกจากนี้เรายังสามารถสร้างเครื่องมือในลักษณะเดียวกันจากอุปกรณ์เหล่านี้ แต่ปัจจัยที่สำคัญคือ ต้องสามารถประกอบขึ้นได้อย่างรวดเร็ว ราคาไม่แพง

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด