พื้นฐานของกริปเปอร์นิวเมติกส์สำหรับงานอุตสาหกรรม

กริปเปอร์นิวเมติกส์ เป็นอุปกรณ์เครื่องกลไฟฟ้าที่ใช้ในอุตสาหกรรมสำหรับการจับและยก จับ หมุน และวางวัตถุในตำแหน่งที่กำหนด กริปเปอร์เหล่านี้มักจะติดตั้งที่ส่วนปลายสุดของเครื่องจักรสำหรับดัดแปลงรูปชิ้นงานหรือแขนกลแบบ 6 แกน, คาร์ทีเซียน หรือแบบเลือกได้ SCARA เช่นเดียวกับ end effectors เพื่อใช้ในการจัดการวัสดุต่าง ๆ ด้วยความก้าวหน้าในการควบคุม เซ็นเซอร์ และการเชื่อมต่อป้อนกลับที่คุ้มค่าในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา การเคลื่อนไหวของกริปเปอร์นิวเมติกส์ (ส่วนใหญ่สำหรับการจับและปล่อย) โดยทั่วไปแล้วจะทำงานร่วมกับแกนของเครื่องจักรหรือแขนหุ่นยนต์ที่พวกมันติดตั้ง

การทำงานของกริปเปอร์นิวเมติกส์

รูปที่ 1: ที่แสดงให้เห็นนี้คือกริปเปอร์นิวเมติกส์แบบสองนิ้วที่ปลายแขนหุ่นยนต์ นิ้วที่ใช้คีบทำให้การสัมผัสทางกายภาพกับวัตถุที่จะจับและเป็นสิ่งที่ช่วยให้กริปเปอร์สามารถจับและปล่อยวัตถุได้ (ที่มาของรูปภาพ: Kazakov • Getty Images)

รูปที่ 2: กริปเปอร์แบบขนาน สามนิ้ว และแบบมุมเป็นกริปเปอร์สามประเภทที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรม กริปเปอร์นิวเมติกส์แบบสามนิ้วที่แสดงที่นี่มีการปรับนิ้ว 120° เพื่อยืดโอริงอย่างนุ่มนวลและติดตั้งเข้ากับเพลาของผู้รับ (ที่มาของภาพ:Schunk)

กริปเปอร์นิวเมติกส์เป็นประเภทกริปเปอร์ที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับการหยิบและวาง เครื่องจักรกล การตัดเฉือนชิ้นงาน และงานประกอบ แม้ว่าอุปกรณ์จับยึดแบบใช้ลมบางชนิดจะอยู่ในรูปของปลายท่อดูดแบบ bladder-type และตัวดูด แต่ตัวจับยึดแบบใช้ลมที่มีนิ้วหรือแบบฟันจับเป็นแบบที่แพร่หลายที่สุด และถือว่าเป็นแบบที่ใช้ทั่วไปเมื่อไม่ได้มีการระบุบริบทอื่น ๆ

กริปเปอร์นิวเมติกส์แบบฟันจับใช้อากาศที่อัดในการทำงาน เมื่อมีสัญญาณสั่งการ วาล์วจะยอมให้อากาศเดินทางผ่านช่องสัญญาณภายในและเปิดใช้งานการเชื่อมโยงทางกล ซึ่งจะอ้าและงับนิ้วของกริปเปอร์ลง การสนับสนุนส่วนประกอบย่อยชุดหลักนี้คือท่อลม ส่วนประกอบย่อยควบคุมและสายไฟ หน้าแปลนสำหรับยึดกับเครื่องจักรและหุ่นยนต์ กลไกป้องกันความผิดพลาด และตัวเรือนที่ปิดส่วนประกอบเหล่านี้

แม้ว่าตำแหน่งที่ปล่อย (ซึ่งดึงไว้โดยสปริงอัดทางกล) มักจะเป็นค่าเริ่มต้น แต่การออกแบบกริปเปอร์ที่มีค่าเริ่มต้นสำหรับการจับก็มีให้ในท้องตลาดเช่นกัน ในกรณีที่ตำแหน่งปิด (ของกริปเปอร์) เป็นค่าเริ่มต้น สปริงจะส่งแรงให้คีบ … และปล่อยให้อากาศอัดเข้าไปในกริปเปอร์เพื่อทำหน้าที่อ้านิ้วออก อันที่จริง กริปเปอร์บางรุ่นอาศัยลมอัดสำหรับทั้งแรงคีบและปล่อย

วิดีโอที่ 1: ในรูปแบบทั่วไปอย่างหนึ่ง กริปเปอร์แบบใช้ลมจะเชื่อมต่อผ่านท่อพิเศษเข้ากับระบบอัดอากาศ แรงของอากาศอัดจะแทนที่ลูกสูบ ซึ่งในทางกลับกัน (ผ่านเฟือง ตัวล็อก หรือตัวเชื่อมแบบสไลด์) ทำให้ขากรรไกรภายนอกทำงานตามระยะการเคลื่อนตัวของลูกสูบ (ที่มาของวิดีโอ: Schunk)

การควบคุมอากาศในอุปกรณ์จับยึดแบบใช้ลมมักจะต้องอาศัยรอบการปล่อยมือออกที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้า … หรือ (ในการใช้งานที่ซับซ้อนกว่า) การตอบสนองจากเซ็นเซอร์ที่ตรวจจับวัตถุที่จับได้

ประเภทของกริปเปอร์แบบใช้ลม

รูปที่ 3: กริปเปอร์ฟันจับแบบขนานสองในซีรีส์ PGN-plus ของ Schunk ให้การเคลื่อนตัวของฟันจับที่ยาวและประกอบด้วยซีล ลิเนียร์ไกด์ทรงกลมที่ทนทานต่อสิ่งสกปรก และตัวเรือนอะลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูงเพื่อเอาตัวรอดในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่สกปรก (ที่มาของภาพ: Schunk)

กริปเปอร์นิวเมติกส์แบบนิ้วและฟันจับแบ่งตาม:

• การจัดเรียงจลนศาสตร์ จำนวนนิ้ว การทำงาน และประเภทของการติดตั้ง
• ขนาดทางกายภาพและแรงจับสูงสุด
• โครงสร้างฟันจับและตัวเรือน — รวมถึงระดับการป้องกันทางเข้า
• การเชื่อมต่อกับเครือข่ายควบคุมอุตสาหกรรมทั่วไป

วางจำหน่ายครั้งแรกในปี 1970 กริปเปอร์แบนิวเมติกสองนิ้วเป็นแบบใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน โดยคิดเป็นสัดส่วนมากกว่าครึ่งของการใช้งานกริปเปอร์นิวเมติกส์ทั้งหมด นิ้วในการออกแบบเหล่านี้เลื่อนหรือแกว่งบนจุดหมุนเพื่อปิดเหมือนประตูหรือกรงเล็บล็อบสเตอร์รอบวัตถุเป้าหมาย พวกเขาสามารถใช้การกระทำของขากรรไกรคู่ขนานหรือการกระทำของนิ้วที่ทำมุม

กริปเปอร์นิวเมติกพร้อมการทำงานของฟันคู่ขนาน: สำหรับกริปเปอร์แบบขนาน นิ้วทั้งสองเลื่อนเข้าด้านในและออกด้านนอก — ในการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง — บนแกนเดียวกันตามรางในตัวกริปเปอร์ด้านบน โดยทั่วไปแล้ว การเลื่อนเข้าด้านในคือสิ่งที่จับชิ้นงานหรือวัตถุอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม มีการใช้งานมากมายโดยที่นิ้วทั้งสองเลื่อนออกไปด้านนอกเพื่อยึดชิ้นงานที่เป็นโพรงหรือเปิด (เช่น โอริงหรือกระบอกสูบ เป็นต้น) จากเส้นผ่านศูนย์กลางด้านใน ประโยชน์ของกริปเปอร์แบบธรรมดาเหล่านี้มีมากมาย ส่วนประกอบย่อยต่าง ๆ สำหรับกริปเปอร์ดังกล่าวผลิตได้ง่ายกว่าส่วนประกอบอื่นๆ ทำให้มีความคุ้มค่ามาก นอกจากนี้ยังมีแรงยึดจับคงที่ตลอดการเคลื่อนนิ้ว — ซึ่งทำให้งานที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับชิ้นงานที่ละเอียดอ่อนหรือไวต่อแรงกดง่ายขึ้น สุดท้าย กริปเปอร์แบบขนานสามารถออกแบบให้ปิดและเปิดได้ค่อนข้างกว้าง — แม้กระทั่งสองสามฟุตหรือมากกว่านั้น

กริปเปอร์นิวเมติกพร้อมการทำงานของนิ้วทำมุม: ในอุปกรณ์จับยึดเหล่านี้ ปลายนิ้วที่ถูกกระตุ้นจะถูกตรึงไว้ที่จุดหมุนคงที่ เมื่อใช้กำลังลม การกระทำของลูกสูบและองค์ประกอบลิ่มแบบกลไกจะทำให้นิ้วปิด (หรือเปิดในรูปแบบอื่น) เช่น เฟรนช์ดอร์ ในตำแหน่งเปิด ฟันจับจะกางออกด้านนอกเหนือตัวกริปเปอร์หรือยื่นออกไปตรง ๆ ในตำแหน่งปิด (โดยทั่วไปคือการจับ) ที่ปลายนิ้วของกริปเปอร์จะเอียงเข้าด้านในเพื่อให้ชิดเข้าหากันเป็นรูปทรงเรียวแหลม ข้อแม้ในการออกแบบประการหนึ่งเมื่อใช้กริปเปอร์เหล่านี้ก็คือ นิ้วที่ทำมุมมีจังหวะจำกัดและสร้างแรงจับที่แปรผันไปตามจังหวะการกระตุ้น กล่าวคือ กริปเปอร์แบบใช้นิ้วทำมุมภายใต้การกระทำของลูกสูบโดยตรงสามารถมีแรงจับยึดสูงเป็นพิเศษ — สูงถึง 2,300 N หรือมากกว่านั้น

นิ้วที่สูงขึ้นนับ: กริปเปอร์สามและสี่นิ้ว

ในกรณีที่อุปกรณ์กริปเปอร์นิวเมติกส์แบบสองนิ้วไม่เหมาะสมที่จะจับชิ้นงาน กริปเปอร์แบบสามและสี่นิ้ว (และแม้แต่กริปเปอร์แบบห้านิ้วในการใช้งานหุ่นยนต์ประเภทฮิวแมนนอยด์แบบพิเศษ) สามารถให้การรองรับและความมั่นคงในการจับที่ดีกว่า เพื่อความชัดเจนแม้ว่า: กริปเปอร์ทั้งหมดนั้นพบได้น้อยกว่ากริปเปอร์สองนิ้ว … และมีเพียงสามนิ้วเท่านั้นที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรม ระดับการบังคับใช้ที่สูงขึ้นนั้นต้องแลกมาด้วยต้นทุน แต่กริปเปอร์แบบสามนิ้วสามารถจับชิ้นงานและสิ่งของอื่น ๆ ที่มีรูปทรงที่ซับซ้อนหรือมีความยากกว่าได้ สิ่งที่เรียกว่า กริปเปอร์นิวเมติกแบบสามนิ้วที่อยู่ตรงกลางตัวเองนั้นรวมถึงสามนิ้วที่เว้นระยะห่างกัน (ห่างกัน 120 องศาบนหัวจับเครื่อง) ซึ่งจำเป็นต้องสลับนิ้วเพื่อเปลี่ยนการทำงาน เหล่านี้ชิดเข้าด้านในเพื่อจับชิ้นงานที่จุดศูนย์กลาง ในทางตรงกันข้าม สิ่งที่เรียกว่า กริปเปอร์นิวเมติกแบบสามนิ้วแบบปรับได้จะตั้งสองนิ้วเข้าหากัน และนิ้วที่สามใช้ประกบกันเหมือนนิ้วหัวแม่มือ โดยทั่วไปแล้วในหุ่นยนต์เคลื่อนที่ อุปกรณ์จับยึดดังกล่าวสามารถรับวัตถุได้หลายวิธี เพื่อรองรับรูปแบบต่าง ๆ ของรูปทรงชิ้นงานที่กำหนด

การยึดจับภายในและการแสดงสองครั้ง

แม้ว่ากริปเปอร์แบบใช้ลมส่วนใหญ่จะใช้สำหรับจับหรือประคองชิ้นส่วนรอบ ๆ ด้านนอก (สัมผัสกับพื้นผิวของวัตถุภายนอก) การยึดจับภายในนั้นจำเป็นต่อการประกอบจำนวนมาก ที่นี่นิ้วของกริปเปอร์เปิดออกเพื่อจับวัตถุที่มีรูปทรงกลวงจากภายใน ในบางกรณี กริปเปอร์สามารถทำงานได้ทั้งการจับภายนอกและภายใน แม้ว่าจะต้องได้รับการออกแบบมาให้มีความสามารถทั้งสองอย่าง

กริปเปอร์นิวเมติกแบบฟันคีบและนิ้วสามารถใช้รูปแบบของกริปแบบซิงเกิลแอ็กชันและแบบดับเบิ้ลแอ็กชันได้เช่นกัน ในอุปกรณ์จับยึดแบบกดครั้งเดียว แรงอัดอากาศจะสร้างการเคลื่อนไหวและแรงในการจับ เมื่อปิดการจ่ายไฟ นิ้วจะกลับไปและอยู่ในตำแหน่งเดิมด้วยการทำงานของสปริงอัดแบบธรรมดา ในทางตรงกันข้าม กริปเปอร์แบบ double-acting ต้องการการกระตุ้นด้วยอากาศอัดสำหรับทั้งการจับและการปล่อย ในความเป็นจริง กริปเปอร์แบบ double-acting อาจสามารถจับทั้งภายในและภายนอกได้ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น

การใช้งานทั่วไปแบบใช้ลม-กริปเปอร์

รูปที่ 4: มือจับ Schunk PGN-plus มีตัวขับลูกสูบรูปวงรี (ที่มาของภาพ: Schunk)

กริปเปอร์แบบใช้ลมใช้กันอย่างแพร่หลายในโรงงานอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเซลล์งานอัตโนมัติ การประกอบและสายการผลิต การป้อนเครื่องจักรที่เกี่ยวข้องกับการผลิตขั้นสูง พื้นที่โรงงานอันตราย และการขนส่ง ตลอดจนการดำเนินการคลังสินค้าอัตโนมัติ การใช้งานหุ่นยนต์เชิงพาณิชย์ สันทนาการ และสำหรับผู้บริโภคจำนวนเล็กน้อยแต่กำลังเติบโต (รวมถึงไบโอนิคเคลื่อนที่) ยังใช้ประโยชน์จากอุปกรณ์จับยึดแบบใช้ลม

พิจารณาอุปกรณ์จับยึดแบบใช้ลมสำหรับการขนถ่ายวัสดุในการแปรรูปอาหารและเครื่องดื่มและอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ ที่นี่ การทำงานที่สะอาดของระบบนิวแมติกส์ถือเป็นสิ่งสำคัญ — และกริปเปอร์แบบใช้นิ้วกระตุ้นแบบนิวแมติกส์ช่วยเสริมการใช้ air-powered แบบขับเคลื่อนด้วยลมและกริปเปอร์แบบดูดอื่น ๆ เพื่อจัดการทุกอย่างตั้งแต่กล่องและขวดไวน์ ไปจนถึงไข่และถุงลูกอม ในทางตรงกันข้าม กริปเปอร์ในการใช้งานเครื่องมือกลมักได้รับการออกแบบสำหรับชิ้นงานประเภทเดียว และในบางกรณี อาจได้รับมอบหมายให้จับชิ้นงานเหล่านั้นในขณะที่ดำเนินการตัดเฉือนหรือกระบวนการอื่น ๆ ในกรณีที่กริปเปอร์นิวเมติกส์เกี่ยวข้องกับการประกอบหรือการคัดแยกและการเลือก มักได้รับการสนับสนุนโดยเซ็นเซอร์หรือแม้แต่ระบบวิชันซิสเต็มเพื่อควบคุมการดำเนินการ มิฉะนั้น Hall Effect และเซนเซอร์จับความใกล้เคียงในกริปเปอร์สามารถให้ผลตอบรับที่เพียงพอ

ข้อดีและข้อจำกัดของกริปเปอร์นิวเมติกส์

ข้อดีหลักอย่างหนึ่งของกริปเปอร์แบบใช้ลมเหนือกริปเปอร์ประเภทอื่น ๆ คือมีให้เลือกหลายขนาดและแรงจับ ตั้งแต่ไม่กี่นิวตันไปจนถึงหลายกิโลนิวตัน และสามารถปรับให้เข้ากับการใช้งานที่แตกต่างกัน แม้กระทั่งแบบที่ต้องทำซ้ำหลายพันครั้งต่อชั่วโมง กริปเปอร์แบบใช้ลมสำหรับอุตสาหกรรมยังมีความสามารถในการทำซ้ำที่ไม่มีใครเทียบได้สำหรับงานระบบอัตโนมัติที่มีความแม่นยำ นอกจากนี้ กริปเปอร์แบบใช้ลม:

• มีต้นทุนและกำลังที่มีประสิทธิภาพในการทำงาน
• มีน้ำหนักเบาและกะทัดรัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์และตัวเลือกแบบไฮดรอลิกบางชนิด

กริปเปอร์แบบใช้ลมส่วนใหญ่ไม่ได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมในการทำงานซึ่งแตกต่างจากอุปกรณ์ไฮดรอลิกและไฟฟ้า ซึ่งตรงกันข้ามกับกริปเปอร์ที่กระตุ้นด้วยไฟฟ้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อนมากกว่าการทำงานผิดพลาดในสภาพแวดล้อมที่ชื้น

แน่นอนว่าอุปกรณ์จับยึดแบบใช้ลมก็มีข้อเสียและข้อจำกัดบางประการ สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องกับต้นทุนการดำเนินงานและความซับซ้อนของการออกแบบนิวเมติกและระบบอัดอากาศโดยทั่วไป การตั้งค่าเริ่มต้นของระบบดังกล่าวอาจมีราคาแพงและซับซ้อน กล่าวคือ มีการประหยัดจากขนาดซึ่งการดำเนินการทางอุตสาหกรรมได้ใช้ประโยชน์จากระบบอัดอากาศที่อื่นอยู่แล้ว

เกณฑ์การเลือกกริปเปอร์นิวเมติกส์

การปรับขนาดและการระบุกริปเปอร์แบบใช้ลมสำหรับการจัดการวัสดุที่กำหนดควรเริ่มต้นด้วยคำจำกัดความที่ชัดเจนของพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ

ขนาดและแรงจับ: กริปเปอร์นิวเมติกส์ควรเปิดได้เพียงพอเพื่อรองรับวัตถุที่กำลังจับ แรงกดของนิ้วบังคับนิวเมติกขึ้นอยู่กับน้ำหนักของวัตถุที่กำลังจัดการ เช่นเดียวกับค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างนิ้วกับวัตถุ พื้นที่สัมผัสระหว่างนิ้วกับวัตถุ และแรงในการตอบโต้ของนิ้วตรงข้าม วัสดุและการเคลือบกริปเปอร์นิ้วที่ออกแบบมาอย่างดีเยี่ยมสามารถเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างนิ้วกับวัตถุ แน่นอนว่า ปากจับของกริปเปอร์แบบใช้ลมสำหรับใช้ในอาหารหรือยาต้องทำจากหรือเคลือบด้วยวัสดุที่ผ่านการรับรองโดย FDA

อัตราส่วนขนาดและน้ำหนักของชิ้นส่วนที่จับมีความผันแปรได้กว้าง โดยสิ่งของที่มีน้ำหนักเบาแต่เทอะทะมักสร้างความท้าทายในการออกแบบกริปเปอร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุด

รูปร่างของชิ้นส่วน: วัตถุที่จับต้องได้ที่มีรูปทรงที่ซับซ้อนมักจะต้องใช้มือจับแบบนิวเมติกด้วยสามนิ้วแทนที่จะใช้สองนิ้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ชุดของชิ้นงานอาจมีรูปทรงที่แตกต่างกันเล็กน้อย แต่ในกรณีที่ชิ้นงานมีความสม่ำเสมอ กริปเปอร์แบบสองนิ้วสามารถรวมพื้นผิวและรูปร่างที่ปรับแต่งได้เพื่อรองรับจุดยึดจับเฉพาะบนวัตถุเหล่านี้ การประหยัดต้นทุนของกริปเปอร์แบบสองนิ้วมักจะสามารถปรับการใช้งานได้ทุกที่ที่โซลูชันนี้ตรงตามความต้องการของการทำงาน

สภาพแวดล้อมในการทำงาน: ตลับลูกปืนกริปเปอร์นิวเมติกส์ ส่วนประกอบทางกลไกภายใน และตัวเรือนมีมากมายเพื่อตอบสนองสภาพแวดล้อมการทำงานที่สะอาดและปนเปื้อน สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือการให้คะแนนอุณหภูมิของกริปเปอร์นิวเมติกส์ (ซึ่งกำหนดช่วงภายในที่กริปเปอร์จะทำงานได้อย่างเหมาะสม) เช่นเดียวกับการจัดอันดับ IP ที่กำหนดระดับของฝุ่นละอองและความชื้นที่กริปเปอร์ที่กำหนดสามารถต้านทานได้ก่อนเข้าสู่

บทสรุป

กริปเปอร์นิวเมติกส์คือปลายเอฟเฟกต์แบบหุ่นยนต์ซึ่งจำเป็นต่อการขนย้ายวัสดุในสายการผลิต กริปเปอร์เหล่านี้ใช้จับ ปรับทิศทาง และวางชิ้นงานและวัตถุอื่น ๆ สำหรับการทำงาน ประกอบกับชิ้นส่วนอื่น ๆ หรือการคัดแยก — นอกสายพานลำเลียงผ่านสถานีควบคุมคุณภาพ แม้จะมีข้อเสียของระบบอัดอากาศซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของกริปเปอร์แบบใช้ลม สิ่งเหล่านี้มักเป็นตัวเลือกที่สะอาด เร็วที่สุด และเหมาะสมที่สุดสำหรับการจัดการชิ้นส่วน