กริปเปอร์ (มือจับ) ที่ใช้สำหรับงานอุตสาหกรรมการผลิต ตอนที่ 1
(Gripper for The general Industrial, Part 1)
วิรัช เดชาสิริสิงห์ ผู้เชี่ยวชาญด้านระบบโรงงานอัตโนมัติและการลดต้นทุนในโรงงานและขบวนการผลิต
wirach.ton@gmail.com
ในแวดวงอุตสาหกรรมปัจจุบันนี้ มีการใช้ระบบอัตโนมัติ เครื่องจักรอัตโนมัติ หรือเครื่องมือช่วยงานอัตโนมัติในแบบต่าง ๆ มากมาย ซึ่งนับวันจะมีเพิ่มมากขึ้น เพราะจะช่วยให้ได้ผลผลิตที่เพิ่มมากขึ้น ลดแรงงานให้น้อยลง และช่วยลดอุบัติเหตุที่จะเกิดขึ้นกับแรงงานคนได้มากขึ้น ซึ่งท้ายสุดผู้ประกอบการก็จะได้รับผลประโยชน์ทั้งต้นทุนการผลิตที่ลดลงและมีผลกำไรที่เพิ่มขึ้น
สำหรับเครื่องจักรอัตโนมัติ ระบบอัตโนมัติ รวมถึงหุ่นยนต์อุตสาหกรรมในแบบต่าง ๆ จะนำมาทำงานแทนแรงงานคน ซึ่งสิ่งหนึ่งที่จะต้องถูกนำมาติดตั้งและประกอบเข้ากับเครื่องจักรอัตโนมัติ ระบบอัตโนมัติ รวมถึงหุ่นยนต์ก็คือ มือจับ (Gripper/ กริปเปอร์) ซึ่งอุปกรณ์ตัวนี้จะทำงานเปรียบเสมือนเป็นมือของแรงงานคนนั่นเอง
หน้าที่หลัก ๆ ของกริปเปอร์ คือ เป็นอุปกรณ์ที่ทำให้เครื่องจักร อุปกรณ์ หุ่นยนต์ สามารถหยิบและจับวัตถุได้ เมื่อติดตั้งเข้ากับเครื่องจักรหรือหุ่นยนต์ กริปเปอร์ช่วยให้ผู้ผลิตดำเนินการในขบวนการสำคัญด้วยระบบอัตโนมัติ เช่น การตรวจสอบคุณภาพ, การประกอบ, การเรียงชิ้นงานหรือสินค้า, การหยิบชิ้นงานเข้า-ออกจากเครื่องจักร, การย้ายชิ้นงานหรือสินค้า เป็นต้น
ในการออกแบบเครื่องจักร ระบบอัตโนมัติและหุ่นยนต์ ทางผู้ผลิตปกติจะมีการออกแบบหน้าแปลนแบบพิเศษสำหรับการติดตั้งชุดกริปเปอร์ ไว้ด้วย ซึ่งบางครั้งก็ติดตั้งชุดกริปเปอร์มาด้วยเลย บางครั้งก็เว้นไว้ปล่อยให้เป็นหน้าที่ของผู้สร้างระบบ (System Integrator /SI) หรือผู้ใช้งาน (User) เป็นผู้ออกแบบและเลือกใช้กริปเปอร์เองให้เหมาะสมกับหน้างานที่จะนำไปใช้งานจริง ซึ่งในที่นี้ทางผู้เขียนจะได้อธิบายถึงประเภทต่าง ๆ ของกริปเปอร์ว่ามีอะไรบ้าง รวมถึงลักษณะการนำไปใช้งานดังต่อไปนี้
ประเภทของกริปเปอร์มีอะไรบ้าง
การเลือกชนิดของกริปเปอร์สำรับเครื่องจักร ระบบอัตโนมัติ แขนกลหุ่นยนต์ เราต้องทราบก่อนว่ากริปเปอร์แบ่งออกเป็น 4-5 ประเภทหลัก ๆ ตามวัตถุประสงค์ของงานทั่ว ๆ ไป โดยแต่ละประเภทจะมีความพิเศษด้วยวิธีการนำพลังงานมาใช้และวิธีการควบคุมการทำงานของกริปเปอร์ ดังนี้
1. กริปเปอร์สุญญากาศ (Vacuum Gripper)
กริปเปอร์สุญญากาศใช้ความแตกต่างระหว่างความดันอากาศและสุญญากาศในการเคลื่อนย้ายวัตถุ โดยปกติสุญญากาศ (หรือการไหลของสุญญากาศ) จะเกิดขึ้นได้ด้วยปั๊มไฟฟ้าขนาดเล็กหรือปั๊มที่ขับเคลื่อนด้วยอากาศอัด การไหลของสุญญากาศต้องไม่สะดุดเพื่อให้แน่ใจว่าแขนของหุ่นยนต์หรือแขนของเครื่องจักรและระบบอัตโนมัติสามารถหยิบชิ้นงานได้มาอย่างปลอดภัย
กริปเปอร์แบบสุญญากาศนี้ให้กำลังมากกว่าอุปกรณ์แบบเครื่องกลและไฟฟ้า 4-10 เท่า ซึ่งเหมาะสำหรับการยกของที่มีน้ำหนักมาก อย่างไรก็ตามกริปเปอร์สุญญากาศที่ขับเคลื่อนด้วยระบบเครื่องกลไฟฟ้าจะเหมาะในการใช้งานที่ต้องการความคล่องตัวและความเร็วในระดับที่สูง
สำหรับงานที่เหมาะสมที่จะนำระบบกริปเปอร์แบบสุญญากาศไปใช้ ได้แก่ งานบรรจุหีบห่อ การจัดเรียงกล่องบนพาเลทงานในเครื่องพิมพ์ เป็นต้น สำหรับข้อดีของกริปเปอร์สุญญากาศ คือ ความสามารถในการจัดการสิ่งของได้หลายประเภท แม้ว่าสิ่งของเหล่านั้นจะวางหรือถูกเรียงอยู่ในสภาพไม่สมบูรณ์ก็ตาม และยังมีข้อดีอีกก็คือ ราคาที่ถูกกว่าเมื่อเทียบกับกริปเปอร์ประเภทอื่น ๆ ข้อเสียของมันก็คือ ค่าไฟฟ้าที่อาจเพิ่มขึ้นเมื่อใช้พลังลมอัดหรือปั๊มสุญญากาศ นอกจากนี้ยังมีความไวต่อฝุ่นละอองและคราบน้ำมัน
2. กริปเปอร์แบบนิวเมติก (Pneumatic Gripper)
กริปเปอร์แบบนิวเมติก ใช้ลมอัดและลูกสูบเพื่อทำให้ “ขากรรไกร” (หรือที่เรียกว่านิ้ว) ทำงาน รูปร่างที่พบมากที่สุด คือ 2 นิ้วและ 3 นิ้ว กริปเปอร์ลมเป็นเครื่องมืออเนกประสงค์ที่สามารถทำงานได้หลากหลาย
ข้อดีของกริปเปอร์นิวเมติก คือ ต้นทุนต่ำ, มีช่วงแรงยึดเกาะสูง, มีความสามารถทำงานในที่จำกัดได้ดี และมีความตอบสนองได้รวดเร็ว อย่างไรก็ตามกริปเปอร์แบบนิวเมเติกเหมาะที่สุดสำหรับการจัดการกับชิ้นงานเดี่ยว ดังนั้นจึงอาจไม่เหมาะสำหรับโรงงานที่ผลิตสินค้าน้อยชิ้นแต่หลากหลายประเภท กริปเปอร์ประเภทนี้มีการควบคุมแรงจับยึดได้และแรงที่ได้มาจากต้นกำลังที่เป็นลมอัด
3. กริปเปอร์แบบไฮโดรลิค (Hydraulic Gripper)
การทำงานของกริปเปอร์แบบไฮโดรลิคจะถูกขับเคลื่อนด้วยของเหลวที่มีแรงดัน ซึ่งจะให้พลังหรือแรงจับมากกว่ากริปเปอร์แบบนิวเมติก ทำให้เหมาะสำหรับงานที่เป็นงานหนัก
ข้อได้เปรียบหลักของกริปเปอร์แบบไฮโดรลิค คือ พลังในการจับที่ยอดเยี่ยม แต่ด้วยพลังดังกล่าวก็มีข้อเสียอยู่หลายประการ เช่น ความซับซ้อนของอุปกรณ์การจัดการระบบ เช่น ปั๊มไฮโดรลิค วาล์ว ถังเก็บน้ำมัน ท่อและข้อต่อและอื่น ๆ
ดังนั้นกริปเปอร์แบบไฮโดรลิคจึงมีการบำรุงรักษาที่ค่อนข้างสูงกว่ากริปเปอร์ประเภทอื่น ๆ ส่วนใหญ่จะไม่เหมาะทำงานในห้องแอร์หรือคลีนรูม จะเหมาะในงานกลางแจ้งเป็นต้น แต่ในปัจจุบันก็มีผู้ผลิตกริปเปอร์แบบไฮโดรลิคคุณภาพสูงออกมาใช้มากมาย ซึ่งบางรุ่นก็สามารถใช้ในห้องได้ แต่ต้องคอยตรวจเช็คการรั่วไหลของน้ำมันและอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องไม่ให้ชำรุด
4. กริปเปอร์แบบไฟฟ้า (Electric Gripper)
สำหรับการใช้งานกริปเปอร์ประเภทนี้ส่วนใหญ่จะใช้กับหุ่นยนต์ที่เรียกว่า โคบอท (Cobot ) (ผู้เขียนจะอธิบายต่อไปเกี่ยวกับหุ่นยนต์ที่เรียกว่า โคบอท) กริปเปอร์แบบนี้มีความเร็วในการทำงานสูงที่สุดเมื่อเทียบกับ กริปเปอร์แบบอื่น ๆ เหมาะสำหรับหยิบชิ้นงานเข้าและออกจากเครื่องจักร และไม่ต้องการแรงจับมาก เหมาะสำหรับแรงจับปานกลางและเบา กริปเปอร์แบบไฟฟ้านี้อาจมาในรูปแบบสองหรือสามขากรรไกร ซึ่งแบบสามขากรรไกรมักจะถูกใช้จับวัตถุทรงกลมหรือทรงกระบอก
5. กริปเปอร์แม่เหล็ก (Magnet Gripper)
หัวดูดแบบแม่เหล็กหรือกริปเปอร์แม่เหล็ก (Magnet Gripper) จะใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก และใช้แรงแม่เหล็กในการจับวัตถุที่มีส่วนผสมของเหล็ก การทำงานจะมีความปลอดภัย ซึ่งปกติจะใช้ไฟฟ้าที่แปลงเป็นกระแสตรงแล้ว
ข้อมูลก่อนหน้านี้มีคำว่า โคบอท (Cobot) แทรกขึ้นมา ในที่นี้ผู้เขียนจะอธิบายถึงโคบอทหมายถึงอะไร และมีความแตกต่างจากโรบอทอย่างไร ดังต่อไปนี้
Cobot (อ่านว่า โคบอท) ย่อมาจาก Collaborative Robots) แปลได้ว่า หุ่นยนต์ที่ถูกออกแบบขึ้นมาเพื่อทำหน้าที่ทำงานร่วมกับมนุษย์ในภาคอุตสาหกรรม ตามมาตรฐาน ISO 10218-1 หรือภายใต้มาตรฐานความปลอดภัยอื่น ตามคำนิยามของสมาพันธ์หุ่นยนต์นานาชาติ
โคบอทมักจะมีรูปร่างเป็นแขนกล มีขนาดกระทัดรัด ทำงานร่วมกับมนุษย์บนโต๊ะได้อย่างปลอดภัยและใกล้ชิดภายในพื้นที่เดียวกัน หรือที่เราเรียกว่า Desktop Robot Arm
สำหรับโครงสร้างของโคบอท ผลิตจากวัสดุน้ำหนักเบา โดยปกติโคบอทจะมีราคาที่สูงกว่าแขนกลแบบดั้งเดิมในขนาดที่เท่ากัน ซึ่งการทำงานของโคบอทนี้จะทำงานช่วยเราในการหยิบจับ เคลื่อนย้าย ทำงานที่เป็นอันตรายเพื่อลดความเสี่ยงที่จะเกิดกับมนุษย์
โคบอททำงานร่วมกับมนุษย์ได้อย่างปลอดภัย เพราะมีระบบตรวจจับและเซ็นเซอร์ที่ล้ำสมัย เช่น ลดความเร็ว หยุดการทำงาน หรือหลบหลีกได้เองเมื่อมีมนุษย์หรือสิ่งแปลกปลอมเข้าไปใกล้หรือเกิดการชน เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดอุบัติเหตุกับมนุษย์หรือผู้ที่ทำงานร่วมกับโคบอทนั่นเอง
แล้ว Cobot ต่างจาก Traditional Industrial Robots (หุ่นยนต์อุตสาหกรรมบบดั้งเดิม) อย่างไร
แม้ว่าหุ่นยนต์ทั้งสองแบบจะมีการทำงานที่คล้ายคลึงกัน แต่หุ่นยนต์ทั้งสองประเภทนี้ก็มีคุณสมบัติที่ต่างกันตามบทบาทและหน้าที่ที่พวกมันมีต่อมนุษย์
ความแตกต่างที่โดดเด่นระหว่างโคบอทกับหุ่นยนต์อุตสาหกรรมแบบดั้งเดิม(หรือที่เรียกสั้น ๆ ว่า หุ่นยนต์) ก็คือ โคบอทไม่ได้มาทำงานแทนที่มนุษย์ แต่มาทำงานร่วมกับมนุษย์ แต่ความแตกต่างมีมากกว่านี้ ซึ่งจะอธิบายได้เป็นดังนี้
คุณสมบัติที่แตกต่างกัน 4 ประการระหว่างโคบอทและหุ่นยนต์ (Cobot and Robot)
1. หุ่นยนต์เข้ามาแทนที่พนักงาน ในขณะที่โคบอททำงานร่วมกับพนักงาน
หุ่นยนต์ดั้งเดิมทำงานอัตโนมัติในส่วนของงานประกอบ การผลิต โดยสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องอาศัยความช่วยเหลือจากมนุษย์ ทำงานด้วยความคล่องตัวและความเร็วสูง เป็นผลให้พนักงานไปทำงานในส่วนอื่น ๆ ช่วยลดโอกาสที่พนักงานจะได้รับบาดเจ็บ ในการทำงานที่เป็นอันตราย ทำงานหนัก ทำงานซ้ำ ๆ เป็นเวลานาน ๆ เป็นต้น
ในขณะเดียวกันโคบอทมักช่วยเหลือผู้ปฏิบัติงานที่เป็นมนุษย์ สามารถทำหน้าที่ที่อาจเป็นอันตรายเกินกว่าที่พนักงานจะทำงานคนเดียวให้สำเร็จ นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับการทำงานที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งไม่สามารถทำงานแบบอัตโนมัติได้ทั้งหมด เช่น การจัดการสายไฟในเครื่องใช้ไฟฟ้า การทำงานเป็นทีมระหว่างมนุษย์และโคบอทนี้ ส่งผลให้การทำงานมีประสิทธิภาพมากขึ้น
2. ทักษะที่จำเป็นในการเขียนโปรแกรม
ความแตกต่างอีกอย่างระหว่างหุ่นยนต์และโคบอทก็คือ ทักษะที่จำเป็นในการเขียนโปรแกรม ซึ่งวิศวกรผู้ควบคุมหุ่นยนต์จำเป็นต้องมีทักษะในการเขียนโปรแกรม เนื่องจากหุ่นยนต์จะทำงานโดยคำสั่งจากโปรแกรมเท่านั้น นอกจากนี้ผู้ผลิตหุ่นยนต์ส่วนใหญ่มักมีภาษาในการเขียนโปรแกรมเป็นของตนเอง ซึ่งวิศวกรหรือพนักงานที่มีหน้าที่ใช้และเขียนโปรแกรม จะต้องเรียนรู้เพิ่มเติม เพื่อที่จะทำงาน สั่งงานโดยโปรแกรมได้อย่างราบรื่น
ในขณะที่โคบอทบางรุ่นสามารถที่จะใช้มือสอนโคบอทเคลื่อนที่ในตามเส้นทาง หรือจุดต่าง ๆ ได้ (Hand Teaching Function) ซึ่งจะช่วยลดระยะเวลาลงได้มาก สะดวกในการติดตั้งและปรับเปลี่ยนการทำงานได้อย่างรวดเร็ว
3. หุ่นยนต์ต้องตั้งอยู่กับที่ ในขณะที่โคบอทบางตัวสามารถเคลื่อนที่ได้และมีความยืดหยุ่นสูง
หุ่นยนต์มักยึดติดอยู่กับที่ เช่น พื้น เพราะหุ่นยนต์จะทำงานเฉพาะอย่างโดยที่ไม่จำเป็นต้องเคลื่อนย้ายไปรอบ ๆ โรงงาน ดูแล้วเหมือนเป็นข้อเสีย แต่คำนึงถึงความปลอดภัยในการทำงานต้องมาก่อน
แต่โคบอทส่วนใหญ่จะมีน้ำหนักเบา ซึ่งพนักงานคนเดียวก็พอสำหรับเคลื่อนย้ายได้ พนักงานสามารถเคลื่อนย้ายโคบอทไปทุกที่ในโรงานได้ หรือติดตั้งบนโครงสร้างที่มีลูกล้อในการเคลื่อนย้ายก็จะสะดวกมากขึ้น
ส่วนความยืดหยุ่นนั้น โคบอทสามารถติดตั้งอยู่ได้ทุกที่ ไม่ว่าจะอยู่บนพื้น บนผนัง บนเพดาน หรือตั้งอยู่บนโต๊ะ หรือติดตั้งอยู่บนฐานที่มีล้อ หรือมีล้อเป็นชุดสำเร็จรูปพร้อมสำหรับการเคลื่อนย้ายตำแหน่ง นอกจากนี้ยังออกแบบหน้าแปลนที่ปลายแขนสำหรับติดตั้งกริปเปอร์แบบต่าง ๆ รวมถึงชุดเจาะ ชุดตัด ชุดหัวเชื่อมโลหะอีกด้วย
4. หุ่นยนต์เหมาะมากกว่าสำหรับงานปริมาณมากแต่ไม่ซับซ้อน ในขณะที่โคบอทเหมาะกว่าสำหรับงานที่ซับซ้อน
เนื่องจากความเร็วและระบบอัตโนมัติที่สมบูรณ์ หุ่นยนต์ยังคงเป็นทางเลือกที่ดีที่สุดสำหรับงานที่ต้องการปริมาณมาก ๆ หรือในสถานการณ์ที่เป็นอันตราย (เช่น การสัมผัสกับสารที่เป็นอันตราย หรือ อุณหภูมิสูง)
แม้ว่าโคบอทอาจทำงานได้โดยไม่ต้องการรับความช่วยเหลือจากมนุษย์ แต่ก็ยังคงเหมาะสำหรับงานที่ต้องการความร่วมมือจากผู้ที่ปฏิบัติงานที่เป็นมนุษย์ โคบอทจึงเหมาะกับงานที่มีความซับซ้อนและงานยากสำหรับระบบ Automation
โคบอทยังเหมาะสำหรับผู้ประกอบการทั้งรายเล็กและรายใหญ่ ช่วยให้บริษัทเริ่มนำระบบอัตโนมัติเข้าร่วมด้วยไม่ยาก การลงทุนไม่สูง (เมื่อเทียบกับหุ่นยนต์) และเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันได้ แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าโคบอทจะสามารถใช้งานกับโรงงานขนาดใหญ่ไม่ได้นะครับ ขึ้นอยู่กับการจัดการว่าจะทำให้โคบอททำงานอย่างไรให้เหมาะสมกับเรา
สั้น ๆ เลย โคบอทติดตั้งง่าย ใช้งานง่าย ยืดหยุ่นสูง และเหมาะกับงานที่มีความซับซ้อนและท้ายสุดต้องการทำงานร่วมกับมนุษย์
อ่านต่อฉบับหน้า…