使用 V5 機器人發射物體最常見的方法是高速旋轉輪子，然後將物體送入輪子中。 本文檔解釋了旋轉系統背後的相關物理原理、發射物體時會發生什麼，以及如何調整系統以更好地發射物體。
旋轉物體背後的物理學
旋轉能量是旋轉物體所含能量的測量值，由下列方程式定義：
E旋轉 = 12 Iw2
- I 代表轉動慣量（也稱為「轉動慣量」或「MOI」），用於衡量轉動物體的難度。
- w 是物體旋轉的速度。
這意味著我們可以改變兩個變數——系統的轉動慣量 (I) 或系統的旋轉速度 (w)——來改變發射器系統中的旋轉能量。
那為什麼我們要關心發射器中的旋轉能量呢？ 能量守恆定律指出，能量既不會被創造，也不會被破壞，只會被轉移。 這意味著發射器系統會將其部分旋轉能量轉移到我們要發射的物體上，而正是這種能量使物體在空中發射！
沿某個方向移動的物體具有線性能量，由下列方程式定義：
E線性 =12 mv2
- m 代表物體的質量
- v 是物體的速度
這意味著以一定速度發射的物體具有一定的能量。 該值對於一定的速度是固定的，但我們發射器中的能量並不是固定的。 由於能量轉移到發射的物體，發射後發射器中的能量將小於發射前的能量。 透過在發射前改變發射器系統中的能量，我們可以改變傳輸到發射物體的能量比例，從而影響發射器發射物體的效果以及發射下一個物體的準備程度。
什麼是飛輪？
如上所述，我們改變發射器旋轉能量的方法之一是改變系統的旋轉慣量。 重要的是要知道兩件事：第一，每個物體都具有一定的繞旋轉軸的轉動慣量值；第二，系統所有部分的轉動慣量加在一起，就形成了系統的轉動慣量。 用於增加系統轉動慣量的物體稱為飛輪，在 V5 生態系中，有一個新的 VEX V5 飛輪重量 可以做到這一點。
飛輪對系統性能的影響
最需要理解的是系統中不同的轉動慣量如何影響其性能。
如果我們增加轉動慣量，旋轉能量就會增加（如上面第一個方程式所示）。 在一定速度下，系統中的能量越多，系統中獲得能量的時間就越長，因此旋轉時間就會增加。 隨著 MOI 的增加，發射後的 RPM 下降將會減少，物體通常會發射得更遠。 隨著轉動慣量的減小，我們會得到所有相反的效果：旋轉能量和旋轉時間會減少，轉速下降會增加，傳遞到物體的能量和物體運動的距離都會減少。
| 更高的MOI | 降低 MOI |
| 初始旋轉時消耗更高的電流 | 初始旋轉時電流消耗較低 |
| 將物體發射到所需距離所需的速度較小 | 將物體發射到所需距離需要更高的速度 |
| 物體發射時速度下降較小（發射間的時間較短） | 物體發射時速度下降更快（發射之間的時間更長） |
如何使用 V5 飛輪配重
V5 飛輪配重可以透過兩種不同的方式安裝。 首先，標準的 1/2” 節距方形安裝模式允許將飛輪安裝到 48T、60T、72T 和 84T 高強度齒輪上。 其次，標準 1.875” 六角安裝模式允許將飛輪安裝到 上，後者可以使用 適配器安裝到高強度軸上。 左圖顯示了 V5 飛輪配重上的安裝孔。 紅色孔與標準方形安裝圖案匹配，藍色孔與Versahub 六角圖案匹配。
顯示 V5 飛輪重量安裝範例 #1 的範例。
顯示 V5 飛輪重量安裝範例 #2 的範例。
與製造的所有產品一樣，由於製造過程中不可避免的微小誤差，所有零件的設計都存在公差。 V5 飛輪重量也不例外，飛輪中可能存在少量不對稱性，導致振動。 機器人的振動可能會鬆動螺栓，使發射器不準確，甚至損壞機器人組件。 有兩種方法可以解決這個問題。 首先，如果使用多個飛輪，飛輪可以相對於彼此旋轉，使得它們抵消彼此的不對稱平衡。 其次，如果只使用一個飛輪，可以在未使用的安裝孔中放置一個螺栓來抵消不對稱平衡。 在這兩種情況下，建議使用反覆試驗過程來找出最佳配置。
軸承或襯套：您需要哪一種？
隨著 高強度軸球軸承的推出，VEX 用戶現在可以使用兩種不同的方式來支撐機器人中的旋轉系統。 被稱為“軸承平面”的部件實際上在工業中被稱為襯套，因為它沒有移動部件。 軸承和軸套都是透過減少旋轉軸和固定支架之間的摩擦來工作的。 襯套——VEX 中的「軸承平面」或「高強度軸軸承」（在本文檔中稱為襯套）——透過提供軸可以接觸的光滑圓形表面來實現這一點。 另一方面，軸承包含許多小球，當軸旋轉時這些小球會滾動。 儘管減少了摩擦，但軸承或襯套都不能完全消除摩擦。 由於其不同的結構和一些其他因素，軸承和襯套具有不同的優點、缺點和用例。
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優勢 | 弱點 |
| 軸承 |
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| 襯套 |
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如果我們從能量的角度來看待旋轉機構，就像我們之前在本指南中所做的那樣，軸承或襯套會不斷地透過摩擦以熱量的形式從系統中「洩漏」能量。 然而，他們這樣做的速度是不同的。 襯套從系統中損失能量的速度比滾珠軸承快，而且影響很大。
我們對發射器進行了一系列測試，首先使用襯套，然後使用軸承。 在這兩個版本中，發射器都有 2 個轉速為 600 rpm 的軸承/襯套和 2 個轉速為 3600 RPM 的軸承/襯套，使用兩個帶有藍色墨盒的 V5 智慧馬達。 軸承和襯套之間的差異非常顯著。 這是正常旋轉期間馬達速度的圖表。
與襯套相比，軸承實現了明顯更高的穩定最高速度並且加速得更快。 在能量方面，這意味著帶有軸承的系統能夠在系統中保留更多的能量，並且比帶有襯套的系統將物體發射得更遠、更快。 效率差異約 8%，變速箱輸出轉速差異為 300 RPM。
使用相同的設置，我們測量了發射器正常旋轉期間其中一台馬達的電流消耗。 就像上次測試一樣，我們用襯套進行了一次測試，用軸承進行了另一次測試，其他方面的設定都相同。 電流消耗差異很大，基於套管的發射器消耗的電流是基於軸承的發射器的兩倍以上。 這是電流消耗隨時間變化的圖表。
最後，為了示範本文前面討論的飛輪的影響，我們進行了測試，追蹤啟動 3 個磁碟時其中一個馬達的 RPM。 一項測試沒有飛輪，而另一項測試有兩個。 這是圖表：
在此圖中我們可以看到一些重要的事情：
- 在使用 2 個飛輪的測試中，轉速下降（目標轉速 (600) 與射擊後最慢轉速之間的差異）顯著減少。 使用 0 個飛輪的測試有約 150 RPM 的下降，而使用 2 個飛輪的測試有約 75 RPM 的下降。
- 在使用 2 個飛輪的測試中，恢復時間（發射器恢復到目標 RPM (600) 所需的時間）顯著縮短。 正如本文前面所討論的，這是有道理的，因為轉移到發射盤的總能量的比例較低。
- 對於使用 2 個飛輪的測試，每次發射的總體發射時間減少了約 40%。
結論
- 最容易從發射器的旋轉能量角度來考慮發射器，並將發射視為旋轉能量傳遞到發射物體的過程。
- 飛輪可以增加發射器的旋轉能量，從而將物體發射得更遠。 全新 V5 飛輪配重為 VRC 和 V5 生態系中的飛輪提供了更多選擇。
- V5 飛輪配重可能需要以彼此相對的方式連接，以減少製造過程中產生的不對稱平衡。
- 軸承和襯套透過摩擦產生的熱量從發射器「洩漏」能量。 與傳統軸承平面（襯套）相比，使用新型高強度軸承可讓您在發射器中實現更高的最高速度，並減少發射器馬達的持續電流消耗。 這會增加發射器系統的能量，同時保持馬達冷卻。