V5 механикалық іске қосу жүйелерін түсіну – VEX кітапханасы

V5 роботымен объектілерді іске қосудың ең кең тараған тәсілі - дөңгелекті жоғары жылдамдықпен айналдыру, содан кейін нысанды дөңгелекке беру. Бұл құжат айналдыру жүйесінің артындағы тиісті физиканы, нысан іске қосылғанда не болатынын және объектілерді жақсырақ іске қосу үшін жүйені қалай реттеуге болатынын түсіндіреді.

Айналатын объектілердің артындағы физика

Айналу энергиясы, айналатын нысандағы энергияны өлшеу мына теңдеумен анықталады:

E_{Айналмалы} = 1/2 Iw²

I айналу инерциясын білдіреді («Инерция моменті» немесе «MOI» деп те аталады), бұл нысанды айналдыру қаншалықты қиын екенін өлшеу.
w - нысанның айналу жылдамдығы.

Бұл іске қосу жүйесіндегі айналу энергиясын өзгерту үшін екі айнымалыны — жүйенің айналу инерциясын (I) немесе оның айналу жылдамдығын (w) — өзгерте алатынымызды білдіреді.

Неліктен біз іске қосу құрылғысының айналу энергиясына мән береміз? Энергияның сақталу заңы энергияның жаратылмайтынын немесе жойылмайтынын, тек тасымалданатынын айтады. Бұл іске қосу жүйесі өзінің айналу энергиясының бір бөлігін біз ұшырып жатқан нысанға жіберетінін білдіреді және дәл осы энергия нысанды ауа арқылы ұшыруға мәжбүр етеді!

Бір бағытта қозғалатын объектінің сызықтық энергиясы бар, ол мына теңдеумен анықталады:

E_{Сызықтық} =1/2 mv²

м заттың массасын білдіреді
v - объектінің жылдамдығы

Бұл белгілі бір жылдамдықпен іске қосылған нысанда белгіленген энергия мөлшері бар дегенді білдіреді. Бұл мән белгілі бір жылдамдық үшін бекітілген, бірақ біздің іске қосқыштағы энергия олай емес. Іске қосылған нысанға энергияның берілуіне байланысты ұшырылғаннан кейін біздің іске қосқыштағы энергия бұрынғыға қарағанда аз болады. Іске қосу қондырғысы жүйесіндегі энергияны ұшыру алдында өзгерту арқылы біз ұшырылатын нысанға берілетін энергияның үлесін өзгерте аламыз және осылайша іске қосу құрылғысының объектіні қаншалықты жақсы іске қосатынына да, оның келесі нысанды іске қосуға қаншалықты дайын екендігіне де әсер ете аламыз.

Маховик дегеніміз не?

Жоғарыда айтылғандай, іске қосу құрылғысының айналу энергиясын өзгертудің бір жолы - жүйенің айналу инерциясын өзгерту. Екі нәрсені білу маңызды: Біріншіден, әрбір объект айналу осіне қатысты белгілі бір айналу инерциясына ие, ал екіншіден, жүйенің айналу инерциясын жасау үшін жүйенің барлық бөліктерінің айналу инерциясы қосылады. Жүйенің айналу инерциясын арттыру үшін пайдаланылатын нысан маховик деп аталады және V5 экожүйесінде дәл осы әрекетті орындау үшін жаңа VEX V5 маховик салмағы бар.

Маховиктің жүйе өнімділігіне әсері

Түсінетін ең маңызды нәрсе - жүйедегі әртүрлі инерция моменттері оның өнімділігіне қалай әсер етеді.

Егер инерция моментін арттырсақ, айналу энергиясы артады (жоғарыдағы бірінші теңдеуде көрсетілгендей). Жүйеде белгілі бір жылдамдықта көбірек энергия болса, жүйедегі энергияны алу үшін көбірек уақыт қажет, сондықтан айналдыру уақыты артады. ІІМ көбірек болса, іске қосудан кейінгі RPM төмендеуі төмендейді және нысан әдетте одан әрі іске қосылады. Инерция моменті азайған кезде біз барлық қарама-қарсы әсерлерді аламыз: айналу энергиясы мен айналу уақыты азаяды, RPM төмендеуі артады, объектіге берілетін энергия да, объект қаншалықты алысқа баратыны да азаяды.

Жоғары MOI	Төменгі ІІМ
Бастапқы айналдыру кезінде жоғары ток тартылады	Бастапқы айналдыру кезінде ағынды төмендетіңіз
Объектіні қажетті қашықтыққа ұшыру үшін аз жылдамдық қажет	Объектіні қажетті қашықтыққа ұшыру үшін жоғары жылдамдық қажет
Нысан іске қосылған кезде жылдамдықтың төмендеуі (іске қосу арасындағы уақыт аз)	Нысан іске қосылғанда жылдамдықтың төмендеуі (іске қосулар арасында көбірек уақыт)

V5 маховик салмағын қалай пайдалануға болады

V5 маховик салмағын екі түрлі жолмен орнатуға болады. Біріншіден, стандартты ½ дюймдік шаршы монтаждау үлгісі маховикті 48T, 60T, 72T және 84T беріктігі жоғары берілістерге орнатуға мүмкіндік береді. Екіншіден, стандартты 1,875 дюймдік алтыбұрышты орнату үлгісі маховикті версабқаорнатуға мүмкіндік береді, ол версаб адаптеріменжоғары беріктік білігіне орнатылуы мүмкін. Сол жақтағы суретте V5 маховик салмағындағы бекіту тесіктері көрсетілген. Қызыл саңылаулар стандартты шаршы монтаж үлгісіне, ал көк саңылаулар versahub алтыбұрыш үлгісіне сәйкес келеді.

V5 Маховик салмағын орнату үлгісін көрсететін мысал №1.

V5 маховиктің салмағын орнату үлгісін көрсететін мысал №2.

Өндірістегі барлық заттар сияқты, барлық бөлшектерде өндіріс процесіндегі кішігірім, сөзсіз дәлсіздіктерге байланысты дизайнда төзімділік бар. V5 маховик салмағы бұл ережеден ерекшелік емес және дірілге әкелетін маховиктегі аздаған асимметрияның әлеуеті бар. Роботтағы діріл болттарды босатып, іске қосу құралын дәл емес етеді немесе тіпті робот құрамдастарын зақымдауы мүмкін. Мұнымен күресудің екі жолы бар. Біріншіден, егер бірнеше маховик қолданылса, маховиктерді бір-біріне қатысты айналдыруға болады, осылайша олар бір-бірінің асимметриялық тепе-теңдігін жояды. Екіншіден, егер бір ғана маховик қолданылса, асимметриялық тепе-теңдікке қарсы тұру үшін болтты пайдаланылмаған монтаждық тесікке қоюға болады. Екі жағдайда да қандай конфигурацияның ең жақсы екенін анықтау үшін сынақ және қате процесін қолданған жөн.

Подшипник немесе втулка: қайсысы қажет?

жоғары беріктік білікті шарикті подшипниктіенгізу арқылы VEX пайдаланушылары енді роботтарындағы айналмалы жүйелерді қолдаудың екі түрлі әдісіне қол жеткізе алады. «Подшипник жалпақ» деп аталатын бөлік шын мәнінде өнеркәсіпте втулка ретінде белгілі, өйткені оның қозғалатын бөліктері жоқ. Мойынтіректер де, төлкелер де айналмалы білік пен бекітілген тірек арасындағы үйкелісті азайту арқылы жұмыс істейді. Втулкалар — VEX жүйесіндегі «мойынтірек жалпақ» немесе «жоғары берік білік мойынтірегі» (осы құжатта втулкалар ретінде көрсетілген) — мұны білік жанасуы мүмкін тегіс, дөңгелек бетті қамтамасыз ету арқылы орындаңыз. Мойынтіректерде, керісінше, білік айналғанда айналатын көптеген кішкентай шарлар бар. Үйкелісті азайтуға қарамастан, мойынтіректер де, төлкелер де оны толығымен жоя алмайды. Әртүрлі конструкцияларға және бірнеше басқа факторларға байланысты мойынтіректер мен төлкелердің күшті жақтары, әлсіз жақтары және пайдалану жағдайлары әртүрлі.

	Күштері	Әлсіз жақтары
Подшипник	Втулкаға қатысты төмендетілген үйкеліс Көбірек жүктеме алуға қабілетті Неғұрлым берік Бұтаның қолынан келмейтін нәрселерді жасай алады Жоғары жылдамдықта жақсы жұмыс істейді	Қымбатырақ Ауыр Орнату қиынырақ
Втулка	Қолдануға оңай Арзанырақ Жеңілдеу Көптеген қолданбалар үшін жақсы	Әлсізірек Жоғары жылдамдықта жақсы емес

Егер біз иіру механизмін оның энергиясы тұрғысынан қарастыратын болсақ, бұрын осы нұсқаулықта жасағанымыздай, мойынтіректер немесе төлкелер үйкеліс арқылы жылу түрінде жүйеден энергияны үнемі «ағытып жібереді». Дегенмен, олардың мұны істеу жылдамдығы әртүрлі. Втулкалар жүйеден энергияны шарикті мойынтіректерге қарағанда тезірек жоғалтады және әсер айтарлықтай.

Біз ұшырғышпен алдымен втулкаларды, содан кейін мойынтіректерді қолданып, бірқатар сынақтарды өткіздік. Екі нұсқада да іске қосқышта 600 айн/мин жылдамдықпен берілген 2 мойынтірек/өткізгіш және көк картридждері бар екі V5 Smart Motors пайдалана отырып, 3600 айналым/минутқа арналған 2 мойынтірек/втулка болды. Мойынтіректер мен төлкелер арасындағы айырмашылық айтарлықтай болды. Бұл қалыпты айналдыру кезінде қозғалтқыш жылдамдығының графигі.

Мойынтіректер айтарлықтай жоғары тұрақты максималды жылдамдыққа қол жеткізді және төлкелерге қарағанда жылдамырақ болды. Энергия контекстінде бұл мойынтіректері бар жүйе жүйеде көбірек энергияны сақтай алатынын және өз нысанын втулкалары бар жүйеге қарағанда алыс және жылдамырақ іске қосқанын білдіреді. Тиімділік айырмашылығы шамамен 8% болды, беріліс қорабының шығысында 300 айн/мин айырмашылығы бар.

Дәл осындай орнату арқылы біз қосқышты қалыпты айналдыру кезінде қозғалтқыштардың бірінің ток күшін өлшедік. Соңғы сынақ сияқты, біз бір сынақты втулкалармен, екіншісін мойынтіректермен, басқаша бірдей қондырғымен жасадық. Ағымдағы тартылыстағы айырмашылық айтарлықтай болды, втулкаға негізделген ұшыру құрылғысы мойынтіректерге негізделген ұшырғыштың токынан екі есе көп тартты. Бұл уақыт бойынша ағымдағы ұтыс графигі.

Соңында, осы мақаланың басында талқыланған маховиктердің әсерін көрсету үшін біз 3 дискіні іске қосу кезінде қозғалтқыштардың бірінің айналу жылдамдығын бақылайтын сынақты өткіздік. Бір сынақта маховик болмаса, екіншісінде екі болды. Бұл график:

Бұл графикте біз көруге болатын бірнеше маңызды нәрсе бар:

RPM төмендеуі — мақсатты RPM (600) мен атудан кейінгі ең баяу RPM арасындағы айырмашылық — 2 маховикпен сынақта айтарлықтай төмендеді. 0 маховиктері бар сынақтарда ~ 150 айн/мин төмендеуі болды, ал 2 маховиктері бар сынақта ~ 75 айн/мин төмендеуі болды.
Қалпына келтіру уақыты — іске қосқыштың мақсатты RPM (600) мәніне оралу уақыты — 2 маховикпен сынақта айтарлықтай қысқарды. Бұл мақалада бұрын талқыланғандай, жалпы энергияның төменгі бөлігі іске қосылған дискіге берілетіндіктен мағынасы бар.
Жалпы ұшыру уақыты әрбір ату үшін және жалпы 2 маховикпен сынақ үшін ~40%-ға қысқарды.

Қорытындылар

Іске қосу құрылғылары туралы олардың айналу энергиясы және осы айналу энергиясын іске қосылған нысанға беру ретінде ұшыру туралы ойлау оңай.
Маховиктер іске қосқыштың айналу энергиясын арттыруға мүмкіндік береді, бұл объектілерді алысырақ іске қосуға мүмкіндік береді. Жаңа V5 маховик салмағы VRC және V5 экожүйесінде маховиктерге арналған опцияларды ашады.
Өндіріс процесінде пайда болатын асимметриялық тепе-теңдікті азайту үшін V5 Маховик салмақтарын бір-біріне қатысты етіп бекіту қажет болуы мүмкін.
Мойынтіректер мен төлкелер үйкелістен болатын жылу арқылы іске қосқыштан энергияны «ағытып жібереді». Жаңа жоғары беріктік мойынтіректерді дәстүрлі мойынтіректер жалпақтығына (втулка) пайдалану іске қосу құрылғысында жоғары жылдамдыққа жетуге және іске қосу қозғалтқыштарының тұрақты ток тартуын азайтуға мүмкіндік береді. Бұл қозғалтқыштарыңызды салқындатып, іске қосу жүйесіндегі қуатты арттырады.