A maneira mais comum de lançar objetos com um robô V5 é girar uma roda em alta velocidade e depois inserir o objeto na roda. Este documento explica a física relevante por trás de um sistema giratório, o que acontece quando um objeto é lançado e como você pode ajustar um sistema para lançar objetos melhor.
Física por trás de objetos giratórios
A energia rotacional, a medição da energia contida em um objeto giratório, é definida pela equação:
E = 1 Iw
- I significa inércia rotacional (também chamada de “Momento de Inércia” ou “MOI”), que é uma medida de quão difícil é girar o objeto.
- w é a velocidade com que o objeto está girando.
Isso significa que podemos alterar duas variáveis – a inércia rotacional do nosso sistema (I) ou a velocidade com que ele gira (w) – para alterar a energia rotacional no nosso sistema lançador.
Então, por que nos preocupamos com a energia rotacional do nosso lançador? A Lei da Conservação da Energia afirma que a energia não é criada nem destruída, apenas transferida. Isso significa que o sistema lançador transferirá parte de sua energia rotacional para o objeto que estamos lançando, e é essa energia que faz o objeto ser lançado no ar!
Um objeto que se move em uma direção tem uma energia linear, definida pela equação:
Linear =12
- m representa a massa do objeto
- v é a velocidade do objeto
Isso significa que um objeto lançado a uma certa velocidade possui uma determinada quantidade de energia. Este valor é fixo para uma determinada velocidade, mas a energia do nosso lançador não. A energia em nosso lançador logo após o lançamento será menor do que antes, devido à transferência de energia para o objeto lançado. Ao alterar a energia no nosso sistema de lançamento antes do lançamento, podemos alterar a proporção de energia transferida para o objecto lançado e, ao fazê-lo, afectar tanto a forma como o lançador lança o objecto como o quão preparado está para lançar o próximo objecto.
O que é um volante?
Conforme mencionado acima, uma das maneiras pelas quais podemos alterar a energia rotacional do nosso lançador é alterando a inércia rotacional do sistema. É importante saber duas coisas: primeiro, cada objeto tem um certo valor de inércia rotacional em torno de um eixo de rotação e, segundo, a inércia rotacional de todas as partes de um sistema se soma para formar a inércia rotacional do sistema. Um objeto usado para aumentar a inércia rotacional de um sistema é conhecido como volante, e há um novo VEX V5 Flywheel Weight para fazer exatamente isso no ecossistema V5.
Impacto de um volante no desempenho do sistema
A coisa mais importante a entender é como diferentes momentos de inércia em um sistema afetam seu desempenho.
Se aumentarmos o momento de inércia, a energia rotacional aumentará (como mostra a primeira equação acima). Com mais energia no sistema a uma determinada velocidade, levará mais tempo para colocar a energia no sistema, portanto o tempo de rotação aumentará. Com mais MOI, a queda de RPM após um lançamento diminuirá e um objeto geralmente será lançado ainda mais. Com uma diminuição no momento de inércia, obtemos todos os efeitos opostos: a energia rotacional e o tempo de rotação diminuirão, a queda de RPM aumentará e tanto a energia transferida para o objeto quanto a distância que o objeto irá percorrer diminuirão.
| Maior MOI | Menor MOI |
| Maior consumo de corrente na rotação inicial | Menor consumo de corrente na rotação inicial |
| Menos velocidade necessária para lançar o objeto na distância desejada | Maior velocidade necessária para lançar o objeto na distância desejada |
| Menos queda de velocidade quando o objeto é lançado (menos tempo entre lançamentos) | Maior queda de velocidade quando o objeto é lançado (mais tempo entre lançamentos) |
Como usar o peso do volante V5
O peso do volante V5 pode ser montado de duas maneiras diferentes. Primeiro, um padrão de montagem padrão de passo quadrado de ½” permite que o volante seja montado nas engrenagens de alta resistência 48T, 60T, 72T e 84T. Em segundo lugar, um padrão de montagem hexagonal padrão de 1,875” permite que o volante seja montado em um cubo versa, que pode ser montado em um eixo de alta resistência com um adaptador de cubo versa. A imagem à esquerda mostra os orifícios de montagem no Peso do Volante V5. Os furos vermelhos correspondem ao padrão de montagem quadrado padrão e os furos azuis correspondem ao padrão hexagonal versahub.
Um exemplo mostrando o exemplo nº 1 de montagem do peso do volante V5.
Um exemplo mostrando o exemplo nº 2 de montagem do peso do volante V5.
Tal como acontece com tudo o que é fabricado, todas as peças têm uma tolerância no seu design devido a pequenas e inevitáveis imprecisões no processo de fabricação. O peso do volante V5 não é uma exceção a esta regra e há potencial para uma pequena assimetria no volante que resulta em vibração. A vibração em seu robô pode afrouxar parafusos, tornar seu lançador impreciso ou até mesmo danificar componentes do robô. Existem duas maneiras de combater isso. Primeiro, se mais de um volante estiver sendo usado, os volantes podem ser girados um em relação ao outro de modo que anulem o equilíbrio assimétrico uns dos outros. Segundo, se houver apenas um volante em uso, um parafuso pode ser colocado em um orifício de montagem não utilizado para neutralizar o equilíbrio assimétrico. Em ambos os casos, é aconselhável utilizar um processo de tentativa e erro para descobrir qual configuração é melhor.
Rolamento ou bucha: qual você precisa?
Com a introdução do rolamento de esferas de eixo de alta resistência , os usuários da VEX agora têm acesso a duas maneiras diferentes de suportar sistemas rotacionais em seus robôs. A parte conhecida como “rolamento plano” é na verdade conhecida na indústria como bucha porque não possui partes móveis. Tanto os rolamentos quanto as buchas funcionam reduzindo o atrito entre o eixo giratório e o suporte fixo. As buchas — o “rolamento plano” ou “rolamento de eixo de alta resistência” em VEX (referenciadas neste documento como buchas) — fazem isso fornecendo uma superfície lisa e redonda com a qual o eixo pode entrar em contato. Os rolamentos, por outro lado, contêm muitas esferas pequenas que rolam quando o eixo gira. Apesar de reduzir o atrito, nem os rolamentos nem as buchas o eliminam completamente. Devido às suas diferentes construções e a alguns outros fatores, os rolamentos e as buchas têm diferentes pontos fortes, fracos e casos de uso.
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Forças | Fraquezas |
| Consequência |
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| Casquilho |
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Se observarmos um mecanismo giratório no contexto de sua energia, como fizemos anteriormente neste guia, os rolamentos ou buchas constantemente “vazam” energia para fora do sistema na forma de calor por fricção. A velocidade com que o fazem, no entanto, é diferente. As buchas perdem energia do sistema mais rapidamente do que os rolamentos de esferas e o impacto é significativo.
Fizemos uma série de testes com um lançador, primeiro usando buchas e depois rolamentos. Em ambas as versões, o lançador possuía 2 rolamentos/buchas engrenados a 600 rpm e 2 rolamentos/buchas engrenados a 3600 RPM, utilizando dois V5 Smart Motors com cartuchos azuis. A diferença entre os rolamentos e as buchas foi significativa. Este é o gráfico da velocidade do motor durante uma rotação normal.
Os rolamentos alcançaram uma velocidade máxima estável significativamente maior e aceleraram mais rápido do que as buchas. No contexto de energia, isso significa que o sistema com mancais foi capaz de manter mais energia no sistema e lançar seu objeto mais longe e mais rápido do que o sistema com buchas. A diferença de eficiência foi de aproximadamente 8%, com diferença de 300 RPM na saída da caixa de câmbio.
Com a mesma configuração, medimos o consumo de corrente de um dos motores durante a rotação normal do lançador. Assim como no último teste, fizemos um teste com buchas e outro com rolamentos, com configuração idêntica. A diferença no consumo de corrente foi significativa, com o lançador baseado em bucha consumindo mais que o dobro da corrente do lançador baseado em rolamento. Este é o gráfico do empate atual ao longo do tempo.
Finalmente, para demonstrar o impacto dos volantes discutidos anteriormente neste artigo, realizamos um teste rastreando as RPM de um dos motores durante o lançamento de 3 discos. Um teste não tinha volantes, enquanto o outro tinha dois. Este é o gráfico:
Existem algumas coisas importantes que podemos ver neste gráfico:
- A queda de RPM – a diferença entre o RPM alvo (600) e o RPM mais lento logo após um tiro – foi significativamente reduzida no teste com 2 volantes. Os testes com 0 volantes tiveram uma queda de ~150 RPM, enquanto o teste com 2 volantes teve uma queda de ~75 RPM.
- O tempo de recuperação – o tempo que o lançador leva para voltar ao RPM alvo (600) – foi reduzido significativamente no teste com 2 volantes. Isto faz sentido, pois uma proporção menor da energia total é transferida para o disco lançado, conforme discutido anteriormente neste artigo.
- O tempo geral de lançamento foi reduzido em aproximadamente 40% por disparo e no geral para o teste com 2 volantes.
Conclusões
- É mais fácil pensar nos lançadores em termos de sua energia rotacional e nos lançamentos como uma transferência dessa energia rotacional para o objeto lançado.
- Os volantes permitem aumentar a energia rotacional do seu lançador, permitindo lançar objetos mais longe. O novo Peso do Volante V5 abre as opções para volantes no VRC e no ecossistema V5.
- Os pesos do volante V5 podem precisar ser fixados de forma relativa entre si para reduzir o equilíbrio assimétrico produzido durante o processo de fabricação.
- Rolamentos e buchas “vazam” energia do seu lançador através do calor do atrito. Usar os novos rolamentos de alta resistência em vez dos rolamentos planos tradicionais (buchas) pode permitir que você alcance uma velocidade máxima mais alta em seu lançador e reduza o consumo de corrente sustentado dos motores do lançador. Isso aumenta a energia do seu sistema de lançamento enquanto mantém os motores mais frios.