高中

高一

相撲機械人

相撲機械人是一款模仿相撲運動的機械人,目標是把對手的機械人以推撞的形式撞出比賽場地的範圍。在過程中學生將會學習到以下的知識:由於機械人不能透過遙控控制,所以機械人需要自行判斷要怎樣移動,這就需要運用到外接的不同感應器以探測對手位置、避免自己出界。

學生將會學習如何編寫程式到機械人的控制板,讓機械人能根據感應器的結果來做出不同的動作。硬件部件主要分為:控制板、驅動元件以及感應元件。控制板為Arduino Uno,相等於機械人的大腦,以學生編寫的程式來控制馬達如何轉動;驅動元件為田宮Tamiya的三速齒輪及車輪,相等於機械人的手腳,由控制板決定其移動方式;感應元件為紅外線感應器(IR sensor),相等於機械人的眼睛,用於探測對手位置以及判斷自己是否出界。

儘管學生運用零件基本相同、機械人的機身仍需要學生自行設計,故每位學生需要設計底板以連接各個零件,以及有效地攻擊/防禦對手為目的改良機身外殼的設計。

學生會以Rhino/Fushion360等建模軟件設計各連接部件,並在軟件內模擬零件間的連接;待確認方案可行後運用鐳射機/3D print等機器製作部件,完成機械人的硬件組裝。

後續發展:
相撲機械人所包含的內容因涉及到電子、機械的原理及應用等,十分適合作為STEM教學的應用;而相撲機械的主體部份容易更換零件,亦容易在後續的課程中配合其他的感應器使用,如遙控變成遙控車,或配合紅外線感應器變成循線用的機械車。

2018-2019

2020-2021

2022-2023

2019-2020

2021-2022

機械臂

機械臂,顧名思義即以機械結構模擬出來的人造手臂,多用以執行需要高精準度或重覆性高的工作,常用於工廠內零件組裝、包裝批發等用途。課堂中每兩名學生組裝一隻機械臂,並完成指定的任務得到相應的分數。

機械臂由JoyStrick控制桿控制。學生學習如何編寫程式,讓機械臂能根據控制桿的變化做出不同的動作。控制桿為雙軸按鍵搖桿,能根據使用者不同的操作改變電阻。機械臂以Arduino Uno作為大腦,用以接收控制桿的訊號及控制伺服馬達,移動機械臂。

機械臂部份關節有角度限制,故學生在完成手臂的硬件組合時亦要先理解機械臂的結構及如何設限以防機械臂斷裂。要瞭解機械臂的結構,可將其簡化為連桿結構。透過正向運動分析,學生能運算如何控制馬達才能避免連桿結構超過限位斷裂;而透過逆向運動學的分析,則能讓馬達間配合,令機械臂能指向指定的目標方位。

後續發展:
機械臂所涉及的知識內容較廣,十分適合作為STEM教學的應用;而機械臂的泛用性高,亦容易在後續的課程中或與其他科目的題材相結合,如配合電腦科的軟件設計出電腦介面,可實現由電腦/滑鼠控制、或無線遙控等進階應用。更進一步,配合電腦視像辨識技術和編程控制,可以充當電腦的一雙手,進行抓物,分類等工作。

2018-2019

小遊戲製作

為加強學生使用中四所學習的編程技巧和加強學生的創意,再加上來年中四的學生會負責園遊會的工作,故今年特意加入基於arduino編程的小遊戲製作,並跟高二的同學一樣需要為自己的作品,製作海報和進行堂上簡報。

2020-2021

2022-2023

高二

巡線機械人

巡線機械人為一部可以跟隨地面黑線或白線行走的小車。巡線機械人是經典的自動化控制系統專案。同學要分成每兩人一組,每組製作一部機械車,跟隨檯面的賽道行走三圈並紀錄最佳時間,以最短時間者完成為勝。

此專案應用到傳感器、馬達正逆轉控制線路、差速驅動原理和PID控制器原理。為一個高度整合的專案。

學生能透過電腦繪圖,設計好機械車的整體形狀,並考慮傳感器的排列方式、排列距離、與車子軸心的距離、車身的寬度等總總因素,繪製好設計圖,並由鐳射切割機製作車盤。

高度整合微控制器編程、傳感器應用、馬達控制線路應用和PID控制器的實踐。部分同學甚至自己設計機械人專用電路板,將整機分成幾個子系統去控制。

學生能透過CAD/CAM流程去製作自己獨一無二的機械人。因應影響小車表現的不同因素,在測試實踐中總結經驗,從而修改設計圖再次測試。

2018-2019

2020-2021

2023-2024

2019-2020

2022-2023

DIY繪圖機

近日,有國內學生在網上買了一部"抄功課神器",在短短兩日間將寒假功課完成。新聞被炒熱後,此類繪圖機成為了焦點。其實此類繪圖機,都是基於開源的數控雕刻機韌體-GRBL去開發的。而本專案,正正是一部DIY自動化繪圖設備,可以根據電腦的數據指令轉成座標,並繪出圖像。利用直線傳動元件和步進馬達搭建,其精度可以去到0.1毫米級數。

機器利用開源的GRBL Arduino韌體作控制。能夠在序列埠直接輸入GCODE的字串命令控制機器到指定座標。更進一步,學生能利用不同的電腦用戶介面去操控,並能將向量圖和工程圖轉換成為控制命令去操作機器。

機器使用組合鋁、步進馬達、同步帶、同步輪和軸承等所組成。而在搭建機器以外,課程亦會一併教授其他常見的直線傳動原件,如絲桿、直線軸承、滑塊等。

透過組裝機器,令學生掌握直線傳動元件的應用、掌握結構件的概念。有不少學生都能將繪圖機改裝和重新設計,變成CNC機器、更大型的繪圖機和夾娃娃機。

2018-2019

Final Year Project

FYP是希望學生結合五年在DAT科所學,創作出一個自由選題的作品。

為使學生作品更能體現慈幼工科特色和過去五年所學,作品在評分方面著手,去引導學生創作。作品以機械傳動;電子線路與編程;CAD與設計;製作流程、成品和技藝 四個方向去評分,希望學生的成品有別於一般學校的STEM習作,更切合本校特色的跨科跨範籌整合習作。

FYP 201819.mp4

作品的面向也十分多元。

由於本校傳統上,高三同學會在明愛園遊會中製作遊戲和作為工作人員,為慈善出力,而順著所需,FYP也會鼓勵學生製作園遊會遊戲,讓學生有一個明確的目標,知道自己所學所製作的作品會有用途,減少學生半途放棄的機會,也增加製作動機。

部分學生則根據自己的專長,製作出擅長的作品,有擺設裝飾的,有產品改裝的,有作品改良的,有特殊用途的(例如設計創作自己的工具),有玩具娛樂的等等。創作的過程本身就是一件作品,期望學生享受並樂在其中。

2018-2019

2020-2021

2022-2023

2019-2020

2021-2022