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

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

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