Cara paling umum untuk meluncurkan objek dengan robot V5 adalah dengan memutar roda pada kecepatan tinggi lalu memasukkan objek ke dalam roda. Dokumen ini menjelaskan fisika relevan di balik sistem yang berputar, apa yang terjadi ketika suatu objek diluncurkan, dan bagaimana Anda dapat menyesuaikan sistem untuk meluncurkan objek dengan lebih baik.
Fisika di Balik Benda yang Berputar
Energi rotasi, pengukuran energi yang terkandung dalam benda yang berputar, didefinisikan oleh persamaan:
ERotasi = 1 Iw2
- I merupakan singkatan dari inersia rotasi (juga disebut “Momen Inersia” atau “MOI”), yang merupakan pengukuran seberapa sulit untuk memutar objek.
- w adalah kecepatan putaran objek.
Ini berarti kita dapat mengubah dua variabel—baik inersia rotasi sistem kita (I) atau kecepatan putarannya (w)—untuk mengubah energi rotasi dalam sistem peluncur kita.
Jadi mengapa kita peduli dengan energi rotasi pada peluncur kita? Hukum Kekekalan Energi menyatakan bahwa energi tidak diciptakan atau dimusnahkan, hanya ditransfer. Artinya sistem peluncur akan mentransfer sebagian energi rotasinya ke objek yang kita luncurkan, dan energi itulah yang membuat objek tersebut meluncur di udara!
Suatu benda yang bergerak dalam suatu arah mempunyai energi linier, yang didefinisikan oleh persamaan:
ELinier =1 mv2
- m merupakan massa benda
- v adalah kecepatan benda
Artinya, suatu benda yang diluncurkan pada kecepatan tertentu mempunyai jumlah energi tertentu. Nilai ini ditetapkan untuk kecepatan tertentu, tetapi energi pada peluncur kami tidak. Energi pada peluncur kami tepat setelah peluncuran akan lebih sedikit daripada sebelum peluncuran karena adanya transfer energi ke objek yang diluncurkan. Dengan mengubah energi dalam sistem peluncur kami sebelum peluncuran, kami dapat mengubah proporsi energi yang ditransfer ke objek yang diluncurkan, dan dengan demikian memengaruhi seberapa baik peluncur meluncurkan objek tersebut dan seberapa siapnya peluncur untuk meluncurkan objek berikutnya.
Apa itu Roda Gila?
Seperti disebutkan di atas, salah satu cara kita dapat mengubah energi rotasi peluncur kita adalah dengan mengubah inersia rotasi sistem. Penting untuk mengetahui dua hal: Pertama, setiap objek memiliki nilai inersia rotasi tertentu terhadap sumbu rotasi, dan kedua, inersia rotasi semua bagian sistem bertambah untuk membentuk inersia rotasi sistem. Objek yang digunakan untuk meningkatkan inersia rotasi suatu sistem dikenal sebagai roda gila, dan ada VEX V5 Flywheel Weight baru untuk melakukan hal ini secara tepat dalam ekosistem V5.
Dampak Roda Gila pada Kinerja Sistem
Hal terbesar yang perlu dipahami adalah bagaimana momen inersia yang berbeda dalam suatu sistem memengaruhi kinerjanya.
Jika kita meningkatkan momen inersia, energi rotasi akan meningkat (seperti yang ditunjukkan oleh persamaan pertama di atas). Dengan lebih banyak energi dalam sistem pada kecepatan tertentu, akan dibutuhkan lebih banyak waktu untuk mendapatkan energi dalam sistem sehingga waktu putaran akan meningkat. Dengan MOI yang lebih besar, penurunan RPM setelah peluncuran akan berkurang dan objek secara umum akan diluncurkan lebih jauh. Dengan berkurangnya momen inersia, kita memperoleh semua efek yang berlawanan: energi rotasi dan waktu putaran akan berkurang, penurunan RPM akan meningkat, dan baik energi yang ditransfer ke objek maupun seberapa jauh objek akan melaju akan berkurang.
| MOI yang lebih tinggi | MOI lebih rendah |
| Penarikan arus lebih tinggi pada putaran awal | Penarikan arus lebih rendah pada putaran awal |
| Kecepatan yang lebih rendah diperlukan untuk meluncurkan objek pada jarak yang diinginkan | Kecepatan yang lebih tinggi diperlukan untuk meluncurkan objek pada jarak yang diinginkan |
| Penurunan kecepatan lebih sedikit saat objek diluncurkan (waktu antar peluncuran lebih singkat) | Penurunan kecepatan lebih tinggi saat objek diluncurkan (lebih banyak waktu antar peluncuran) |
Cara menggunakan V5 Flywheel Weight
Pemberat Roda Gila V5 dapat dipasang dengan dua cara berbeda. Pertama, pola pemasangan persegi bernada ½” standar memungkinkan roda gila dipasang ke roda gigi berkekuatan tinggi , 48T, 60T, 72T, dan 84T.1 , pola pemasangan heksagonal standar 1,875” memungkinkan roda gila dipasang ke versahub, yang dapat dipasang ke poros berkekuatan tinggi dengan adaptor versahub. Gambar di sebelah kiri menunjukkan lubang pemasangan pada V5 Flywheel Weight. Lubang merah sesuai dengan pola pemasangan persegi standar dan lubang biru sesuai dengan pola hex versahub.
Contoh yang menunjukkan Contoh Pemasangan Berat Roda Gila V5 #1.
Contoh yang menunjukkan Contoh Pemasangan Berat Roda Gila V5 #2.
Seperti halnya segala sesuatu yang diproduksi, semua bagian memiliki toleransi dalam desainnya karena ketidakakuratan kecil yang tidak dapat dihindari dalam proses pembuatan. Berat Roda Gila V5 tidak terkecuali pada aturan ini, dan ada potensi sedikit asimetri pada roda gila yang mengakibatkan getaran. Getaran pada robot Anda dapat mengendurkan baut, membuat peluncur tidak akurat, atau bahkan merusak komponen robot. Ada dua cara untuk mengatasi hal ini. Pertama, jika lebih dari satu roda gila digunakan, roda gila dapat diputar relatif terhadap satu sama lain sehingga saling menghilangkan keseimbangan asimetris. Kedua, jika hanya ada satu roda gila yang digunakan, baut dapat ditempatkan di lubang pemasangan yang tidak digunakan untuk mengatasi keseimbangan asimetris. Dalam kedua kasus, disarankan untuk menggunakan proses coba-coba untuk mengetahui konfigurasi mana yang terbaik.
Bearing atau Bushing: Mana yang Anda Butuhkan?
Dengan diperkenalkannya High Strength Shaft Ball Bearing, pengguna VEX kini memiliki akses ke dua cara berbeda untuk mendukung sistem rotasi pada robot mereka. Bagian yang dikenal sebagai “bantalan datar” sebenarnya dikenal dalam industri sebagai bushing karena tidak memiliki bagian yang bergerak. Baik bantalan maupun bushing bekerja dengan mengurangi gesekan antara poros yang berputar dan penopang tetap. Bushing—yang disebut “bearing flat” atau “High Strength Shaft Bearing” dalam VEX (dirujuk dalam dokumen ini sebagai bushing)—memberikan permukaan halus dan bulat yang dapat disentuh oleh poros. Sebaliknya, bantalan mengandung banyak bola kecil yang menggelinding saat poros berputar. Meskipun mengurangi gesekan, baik bantalan maupun bushing tidak menghilangkannya sepenuhnya. Karena konstruksinya yang berbeda dan beberapa faktor lainnya, bantalan dan bushing memiliki kekuatan, kelemahan, dan kasus penggunaan yang berbeda.
|
|
Kekuatan | Kelemahan |
| Bantalan |
|
|
| Bos |
|
|
Jika kita melihat mekanisme pemintalan dalam konteks energinya, seperti yang telah kita lakukan sebelumnya dalam panduan ini, bantalan atau bushing terus-menerus “membocorkan” energi dari sistem dalam bentuk panas melalui gesekan. Namun, kecepatan mereka melakukannya berbeda. Bushing kehilangan energi dari sistem lebih cepat daripada bantalan bola, dan dampaknya signifikan.
Kami menjalankan serangkaian pengujian dengan peluncur, pertama menggunakan bushing dan kemudian menggunakan bantalan. Pada kedua versi, peluncur memiliki 2 bantalan/bushing yang berputar pada 600 rpm dan 2 bantalan/bushing yang berputar pada 3600 RPM, menggunakan dua Motor Cerdas V5 dengan kartrid biru. Perbedaan antara bantalan dan bushing cukup signifikan. Ini adalah grafik kecepatan motor selama putaran normal.
Bantalan tersebut mencapai kecepatan tertinggi yang stabil secara signifikan dan berakselerasi lebih cepat daripada busing. Dalam konteks energi, ini berarti bahwa sistem dengan bantalan mampu menyimpan lebih banyak energi dalam sistem dan meluncurkan objeknya lebih jauh dan lebih cepat daripada sistem dengan busing. Perbedaan efisiensinya sekitar 8%, dengan perbedaan 300 RPM pada output kotak roda gigi.
Dengan pengaturan yang sama, kami mengukur penarikan arus salah satu motor selama putaran normal peluncur. Sama seperti pengujian terakhir, kami melakukan satu pengujian dengan bushing dan pengujian lain dengan bantalan, dengan pengaturan yang hampir sama. Perbedaan dalam penarikan arus cukup signifikan, dengan peluncur berbasis bushing menarik arus lebih dari dua kali lipat dari peluncur berbasis bearing. Ini adalah grafik penarikan arus dari waktu ke waktu.
Akhirnya, untuk menunjukkan dampak roda gila yang dibahas sebelumnya dalam artikel ini, kami menjalankan uji pelacakan RPM salah satu motor sambil meluncurkan 3 cakram. Satu pengujian tidak memiliki roda gila sementara pengujian lainnya memiliki dua. Berikut grafiknya:
Ada beberapa hal penting yang dapat kita lihat dalam grafik ini:
- Penurunan RPM—perbedaan antara RPM target (600) dan RPM paling lambat tepat setelah tembakan—berkurang secara signifikan dalam pengujian dengan 2 roda gila. Pengujian dengan 0 roda gila mengalami penurunan ~150 RPM sedangkan pengujian dengan 2 roda gila mengalami penurunan ~75 RPM.
- Waktu Pemulihan—waktu yang dibutuhkan peluncur untuk kembali ke RPM target (600)—berkurang secara signifikan dalam pengujian dengan 2 roda gila. Hal ini masuk akal karena proporsi energi total yang lebih rendah ditransfer ke cakram yang diluncurkan, seperti dibahas sebelumnya dalam artikel.
- Waktu peluncuran keseluruhan berkurang sekitar 40% per tembakan dan keseluruhan untuk pengujian dengan 2 roda gila.
Kesimpulan
- Cara termudah untuk memikirkan peluncur adalah dengan melihat energi rotasinya dan peluncurannya sebagai transfer energi rotasi ke objek yang diluncurkan.
- Roda gila memungkinkan Anda meningkatkan energi rotasi pada peluncur, sehingga Anda dapat meluncurkan objek lebih jauh. Bobot Roda Gila V5 yang baru membuka opsi untuk roda gila di VRC dan ekosistem V5.
- Bobot Roda Gila V5 mungkin perlu dipasang dengan cara yang relatif satu sama lain untuk mengurangi keseimbangan asimetris yang dihasilkan selama proses produksi.
- Bantalan dan bushing “membocorkan” energi dari peluncur Anda melalui panas akibat gesekan. Menggunakan bantalan berkekuatan tinggi yang baru di atas bantalan datar tradisional (bushing) dapat memungkinkan Anda mencapai kecepatan tertinggi yang lebih tinggi pada peluncur Anda dan mengurangi penarikan arus berkelanjutan pada motor peluncur Anda. Ini meningkatkan energi dalam sistem peluncur Anda sekaligus menjaga motor Anda tetap dingin.