วิธีที่ใช้กันทั่วไปในการปล่อยวัตถุด้วยหุ่นยนต์ V5 คือการหมุนวงล้อด้วยความเร็วสูง จากนั้นป้อนวัตถุเข้าไปในวงล้อ เอกสารนี้อธิบายฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องเบื้องหลังระบบการหมุน สิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อมีการปล่อยวัตถุ และวิธีที่คุณสามารถปรับเปลี่ยนระบบเพื่อให้ปล่อยวัตถุได้ดีขึ้น
ฟิสิกส์เบื้องหลังวัตถุที่กำลังหมุน
พลังงานการหมุนคือการวัดพลังงานที่มีอยู่ในวัตถุที่กำลังหมุนอยู่ ถูกกำหนดโดยสมการ:
จการหมุน = 12 ใหม่
- I ย่อมาจากความเฉื่อยในการหมุน (เรียกอีกอย่างว่า "โมเมนต์ความเฉื่อย" หรือ "MOI") ซึ่งเป็นการวัดความยากในการหมุนวัตถุ
- w คือความเร็วที่วัตถุหมุน
ซึ่งหมายความว่าเราสามารถเปลี่ยนตัวแปรสองตัว—ทั้งความเฉื่อยในการหมุนของระบบของเรา (I) หรือความเร็วที่มันหมุน (w)—เพื่อเปลี่ยนพลังงานการหมุนในระบบลอนเชอร์ของเรา
แล้วทำไมเราถึงสนใจพลังงานการหมุนในตัวเรียกใช้งานของเรา? กฎการอนุรักษ์พลังงานระบุว่าพลังงานไม่ได้ถูกสร้างขึ้นหรือถูกทำลาย มีเพียงการถ่ายโอนเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าระบบตัวเรียกใช้งานจะถ่ายโอนพลังงานการหมุนบางส่วนไปยังวัตถุที่เรากำลังยิง และเป็นพลังงานที่ทำให้วัตถุนั้นเปิดตัวในอากาศ!
วัตถุที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางหนึ่งมีพลังงานเชิงเส้น ซึ่งกำหนดโดยสมการ:
Eเชิงเส้น = 2
- m หมายถึงมวลของวัตถุ
- v คือความเร็วของวัตถุ
ซึ่งหมายความว่าวัตถุที่ปล่อยออกมาด้วยความเร็วที่กำหนดจะมีปริมาณพลังงานที่กำหนดไว้ ค่านี้ได้รับการแก้ไขสำหรับความเร็วที่แน่นอน แต่พลังงานในตัวเรียกใช้งานของเราไม่ได้เป็นเช่นนั้น พลังงานในตัวเรียกใช้งานของเราทันทีหลังจากการปล่อยตัวจะน้อยกว่าเมื่อก่อนเนื่องจากการถ่ายโอนพลังงานไปยังวัตถุที่ถูกปล่อย ด้วยการเปลี่ยนพลังงานในระบบตัวเรียกใช้งานของเราก่อนการปล่อย เราสามารถเปลี่ยนสัดส่วนของพลังงานที่ถ่ายโอนไปยังวัตถุที่ถูกปล่อย และการทำเช่นนี้จะส่งผลต่อทั้งความดีที่ตัวเรียกใช้งานปล่อยวัตถุและความพร้อมในการปล่อยวัตถุถัดไป
มู่เล่คืออะไร?
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น วิธีหนึ่งที่เราสามารถเปลี่ยนพลังงานการหมุนของ Launcher ของเราได้คือการเปลี่ยนความเฉื่อยในการหมุนของระบบ สิ่งสำคัญคือต้องรู้สองสิ่ง: ประการแรก วัตถุทุกชิ้นมีค่าความเฉื่อยในการหมุนที่แน่นอนเกี่ยวกับแกนของการหมุน และอย่างที่สอง แรงเฉื่อยในการหมุนของทุกส่วนของระบบจะรวมกันเพื่อสร้างความเฉื่อยในการหมุนของระบบ วัตถุที่ใช้ในการเพิ่มความเฉื่อยในการหมุนของระบบเรียกว่ามู่เล่ และมี VEX V5 Flywheel Weight ใหม่ที่จะทำสิ่งนี้ในระบบนิเวศ V5
ผลกระทบของมู่เล่ต่อประสิทธิภาพของระบบ
สิ่งที่ใหญ่ที่สุดที่ต้องทำความเข้าใจคือช่วงเวลาความเฉื่อยที่แตกต่างกันในระบบส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของระบบอย่างไร
ถ้าเราเพิ่มโมเมนต์ความเฉื่อย พลังงานการหมุนจะเพิ่มขึ้น (ดังแสดงโดยสมการแรกด้านบน) เมื่อมีพลังงานในระบบมากขึ้นที่ความเร็วหนึ่งก็จะต้องใช้เวลามากขึ้นในการรับพลังงานในระบบดังนั้นเวลาในการหมุนจะเพิ่มขึ้น เมื่อมี MOI มากขึ้น RPM ที่ลดลงหลังจากการเปิดตัวจะลดลง และโดยทั่วไปแล้ววัตถุจะถูกปล่อยเพิ่มเติม เมื่อโมเมนต์ความเฉื่อยลดลง เราจะได้ผลลัพธ์ที่ตรงกันข้ามทั้งหมด: พลังงานการหมุนและเวลาในการหมุนจะลดลง RPM ที่ลดลงจะเพิ่มขึ้น และทั้งพลังงานที่ถ่ายโอนไปยังวัตถุและระยะทางที่วัตถุจะไปจะลดลง
MOI ที่สูงขึ้น | MOI ต่ำกว่า |
การดึงกระแสที่สูงขึ้นเมื่อหมุนครั้งแรก | การดึงกระแสไฟต่ำลงเมื่อหมุนครั้งแรกขึ้น |
ความเร็วน้อยกว่าที่จำเป็นในการปล่อยวัตถุตามระยะทางที่ต้องการ | จำเป็นต้องใช้ความเร็วสูงกว่าในการปล่อยวัตถุตามระยะทางที่ต้องการ |
ความเร็วลดลงน้อยลงเมื่อวัตถุถูกปล่อย (เวลาระหว่างการปล่อยน้อยลง) | ความเร็วที่ลดลงสูงขึ้นเมื่อวัตถุถูกปล่อย (มีเวลามากขึ้นระหว่างการปล่อย) |
วิธีใช้งาน V5 Flywheel Weight
สามารถติดตั้งตุ้มน้ำหนักมู่เล่ V5 ได้สองวิธี ประการแรก รูปแบบการติดตั้งแบบสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 1/2 นิ้วช่วยให้สามารถติดตั้งมู่เล่กับเกียร์ความแข็งแรงสูง 48T, 60T, 72T และ 84T ได้ ในระยะเวลา วินาที รูปแบบการติดตั้งฐานสิบหกมาตรฐาน 1.875” ช่วยให้สามารถติดตั้งมู่เล่เข้ากับดุม Versahubซึ่งสามารถติดตั้งเข้ากับเพลาความแข็งแรงสูงด้วยอะแดปเตอร์ดุม Versahub ภาพด้านซ้ายแสดงรูสำหรับติดตั้งบนน้ำหนักมู่เล่ V5 รูสีแดงตรงกับรูปแบบการติดตั้งสี่เหลี่ยมมาตรฐาน และรูสีน้ำเงินตรงกับรูปแบบฐานสิบหกของฮับอเนกประสงค์
ตัวอย่างแสดงตัวอย่างการติดตั้งตุ้มน้ำหนักมู่เล่ V5 #1
ตัวอย่างแสดงตัวอย่างการติดตั้งตุ้มน้ำหนักมู่เล่ V5 #2
เช่นเดียวกับทุกสิ่งทุกอย่างที่ผลิต ชิ้นส่วนทั้งหมดมีความทนทานในการออกแบบเนื่องจากมีข้อผิดพลาดเล็กน้อยและหลีกเลี่ยงไม่ได้ในกระบวนการผลิต น้ำหนักมู่เล่ V5 ไม่ได้เป็นข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้ และมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดความไม่สมดุลเล็กน้อยในมู่เล่ซึ่งส่งผลให้เกิดการสั่นสะเทือน การสั่นสะเทือนในหุ่นยนต์ของคุณอาจทำให้สลักเกลียวคลายตัว ทำให้ตัวเรียกใช้งานของคุณไม่ถูกต้อง หรือแม้แต่ทำให้ส่วนประกอบของหุ่นยนต์เสียหายได้ มีสองวิธีในการต่อสู้กับสิ่งนี้ ขั้นแรก หากมีการใช้มู่เล่มากกว่าหนึ่งล้อ มู่เล่สามารถหมุนโดยสัมพันธ์กัน ซึ่งจะทำให้ความสมดุลที่ไม่สมมาตรของกันและกันหายไป ประการที่สอง หากใช้มู่เล่เพียงอันเดียว คุณสามารถใส่สลักเกลียวเข้าไปในรูยึดที่ไม่ได้ใช้เพื่อชดเชยความสมดุลที่ไม่สมมาตร ในทั้งสองกรณี ขอแนะนำให้ใช้กระบวนการลองผิดลองถูกเพื่อดูว่าการกำหนดค่าใดดีที่สุด
แบริ่งหรือบุชชิ่ง: คุณต้องการอันไหน?
ด้วยการเปิดตัว ตลับลูกปืนเม็ดกลมเพลาความแข็งแรงสูงผู้ใช้ VEX สามารถเข้าถึงวิธีที่แตกต่างกันสองวิธีในการรองรับระบบการหมุนในหุ่นยนต์ของพวกเขา ชิ้นส่วนที่เรียกว่า “แบริ่งแบน” จริงๆ แล้วในอุตสาหกรรมเรียกว่าบุชชิ่ง เนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ทั้งแบริ่งและบุชชิ่งทำงานโดยการลดแรงเสียดทานระหว่างเพลาหมุนและส่วนรองรับคงที่ บูช - “แบริ่งแบน” หรือ “แบริ่งเพลาความแข็งแรงสูง” ใน VEX (อ้างอิงในเอกสารนี้เป็นบูช) - ทำได้โดยจัดให้มีพื้นผิวกลมเรียบที่เพลาสามารถติดต่อได้ ในทางกลับกัน ตลับลูกปืนจะมีลูกบอลขนาดเล็กจำนวนมากที่จะหมุนเมื่อเพลาหมุน แม้จะลดแรงเสียดทานลง แต่ทั้งตลับลูกปืนหรือบุชชิ่งก็ไม่สามารถขจัดแรงเสียดทานได้อย่างสมบูรณ์ เนื่องจากโครงสร้างที่แตกต่างกันและปัจจัยอื่นๆ สองสามประการ ตลับลูกปืนและบุชชิ่งจึงมีจุดแข็ง จุดอ่อน และกรณีการใช้งานที่แตกต่างกัน
|
จุดแข็ง | จุดอ่อน |
การแบก |
|
|
บุชชิ่ง |
|
|
หากเราดูกลไกการหมุนในบริบทของพลังงาน ดังที่เราได้เคยทำไปแล้วในคู่มือนี้ ตลับลูกปืนหรือบุชชิ่งจะ "รั่ว" พลังงานออกจากระบบอย่างต่อเนื่องในรูปของความร้อนผ่านการเสียดสี อัตราที่พวกเขาทำเช่นนั้นจะแตกต่างกัน บุชชิ่งสูญเสียพลังงานจากระบบเร็วกว่าตลับลูกปืนเม็ดกลม และมีผลกระทบอย่างมาก
เราทำการทดสอบหลายครั้งโดยใช้ลอนเชอร์ ขั้นแรกโดยใช้บูชชิ่ง จากนั้นจึงใช้ตลับลูกปืน ในทั้งสองเวอร์ชัน ตัวเรียกใช้งานมีแบริ่ง/บุชชิ่ง 2 ตัวที่เกียร์ที่ 600 รอบต่อนาที และแบริ่ง/บุชชิ่ง 2 ตัวที่เกียร์ที่ 3600 RPM โดยใช้ V5 Smart Motors สองตัวที่มีคาร์ทริดจ์สีน้ำเงิน ความแตกต่างระหว่างตลับลูกปืนและบุชชิ่งมีความสำคัญ นี่คือกราฟของความเร็วมอเตอร์ระหว่างการหมุนปกติ
ตลับลูกปืนมีความเร็วสูงสุดที่มั่นคงสูงกว่าอย่างเห็นได้ชัดและเร่งความเร็วได้เร็วกว่าบุชชิ่ง ในบริบทของพลังงาน หมายความว่าระบบที่มีตลับลูกปืนสามารถกักเก็บพลังงานไว้ในระบบได้มากขึ้น และปล่อยวัตถุได้ไกลและเร็วกว่าระบบที่มีบุชชิ่ง ความแตกต่างในประสิทธิภาพอยู่ที่ประมาณ 8% โดยต่างกันที่ 300 RPM ที่เอาท์พุตของกระปุกเกียร์
ด้วยการตั้งค่าเดียวกัน เราวัดการดึงกระแสของมอเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งระหว่างการหมุนตัวเรียกใช้งานตามปกติ เช่นเดียวกับการทดสอบครั้งล่าสุด เราทำการทดสอบครั้งหนึ่งกับบูชชิ่งและอีกการทดสอบหนึ่งโดยใช้ตลับลูกปืน โดยมีการตั้งค่าที่เหมือนกัน ความแตกต่างในการดึงกระแสมีนัยสำคัญ โดยตัวเรียกใช้งานแบบบุชชิ่งจะดึงกระแสมากกว่าสองเท่าของตัวเรียกใช้งานแบบอิงแบริ่ง นี่คือกราฟของการจับรางวัลปัจจุบันในช่วงเวลาหนึ่ง
สุดท้าย เพื่อสาธิตผลกระทบของมู่เล่ที่กล่าวถึงก่อนหน้าในบทความนี้ เราได้ทำการทดสอบเพื่อติดตาม RPM ของมอเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งขณะปล่อยดิสก์ 3 ตัว การทดสอบครั้งหนึ่งไม่มีมู่เล่ ในขณะที่อีกการทดสอบมีสองอัน นี่คือกราฟ:
มีสิ่งสำคัญสองสามอย่างที่เราเห็นในกราฟนี้:
- RPM ลดลง—ความแตกต่างระหว่าง RPM เป้าหมาย (600) และ RPM ที่ช้าที่สุดทันทีหลังการยิง—ลดลงอย่างเห็นได้ชัดในการทดสอบด้วยมู่เล่ 2 อัน การทดสอบที่ใช้มู่เล่ 0 อันมีความเร็วลดลง ~150 RPM ในขณะที่การทดสอบด้วยมู่เล่ 2 อันมีความเร็วลดลง ~75 RPM
- เวลาในการฟื้นตัว—เวลาที่เครื่องเรียกใช้งานเพื่อกลับไปยัง RPM เป้าหมาย (600)—ลดลงอย่างมากในการทดสอบด้วยมู่เล่ 2 อัน สิ่งนี้สมเหตุสมผลเมื่อสัดส่วนพลังงานทั้งหมดถูกถ่ายโอนไปยังดิสก์ที่เรียกใช้งานในสัดส่วนที่ต่ำกว่า ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้าในบทความ
- เวลาเปิดตัวโดยรวมลดลงประมาณ 40% ต่อช็อต และโดยรวมสำหรับการทดสอบด้วยมู่เล่ 2 อัน
ข้อสรุป
- เป็นการง่ายที่สุดที่จะคิดถึงเครื่องยิงในแง่ของพลังงานการหมุนของพวกมัน และเปิดตัวเป็นการถ่ายโอนพลังงานการหมุนนั้นไปยังวัตถุที่ถูกยิง
- มู่เล่ช่วยให้คุณเพิ่มพลังงานการหมุนในตัวเรียกใช้งานของคุณ ทำให้คุณสามารถปล่อยวัตถุได้ไกลขึ้น V5 Flywheel Weight ใหม่เปิดตัวเลือกสำหรับมู่เล่ใน VRC และระบบนิเวศ V5
- อาจจำเป็นต้องติดตุ้มน้ำหนักมู่เล่ V5 ในลักษณะที่สัมพันธ์กัน เพื่อลดความสมดุลที่ไม่สมมาตรที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการผลิต
- แบริ่งและบุชชิ่งจะ "รั่ว" พลังงานจากตัวเรียกใช้งานของคุณผ่านความร้อนจากการเสียดสี การใช้ตลับลูกปืนที่มีความแข็งแรงสูงใหม่เหนือตลับลูกปืนแบบแบน (บุชชิ่ง) แบบดั้งเดิมสามารถช่วยให้คุณบรรลุความเร็วสูงสุดในตัวเรียกใช้งานของคุณได้มากขึ้น และลดการดึงกระแสอย่างต่อเนื่องของมอเตอร์ตัวเรียกใช้งานของคุณ สิ่งนี้จะเพิ่มพลังงานในระบบลอนเชอร์ของคุณในขณะที่ทำให้มอเตอร์ของคุณเย็นลง