高教深耕計畫-落實教學創新
總整教學實驗室 Capstone Lab
線上成果展

機械工程系
自動控制實驗室

負責教師 | 機械工程系　張以全老師
啟動年度 | 108 年
總整課程 | 機械實習二：電子與自控領域、機械系統設計與實務

| 實驗室特色

  1. 本實驗室名稱為自動控制實驗室，面積約 50 平方米，位於本校工程一館二樓。實驗室內部有實驗桌 12 張，每張皆備有桌上型電腦與氣壓設備等。教學軟體端有「氣壓自控實習」、「機械實習二」、「工業 4.0 實習」等所有的教學設備與教材。

  2. 除了常態性的機械系自動化控制實習相關的課程可以在本實驗室授課外，總整教學實驗室同時支援機械系「大專生計畫專題」與「機械系統實務」等機器人與機電整合之專門特色教學與場域。

  3. 支援工業四點零相關課程之設備與軟體。如 SCATA 工廠人機介面與資料連線收集與控制之設備，另外也有資料處理中心與人工智慧模型所需要之中大型電腦。在機器人課程方面，也有各形式不同之軟硬體，從教學器材到整體的教材，皆有全面的準備。

  4. 支援短期交換生課程。目前本實驗室因為空間與軟影體齊全，於暑假與一般學期，皆有開放空閒時段給「東京工業大學」、「九州工業大學」、「台灣巴拉圭科技大學」等國際學生使用。增加交流與互動。

實驗室場域照片

| 課程結合場域實施方式與教學成果

本系兩門總整課程相輔相成。兩課程都以實務專案（手做機器人）於最後期末進行「機器人大賽」來檢視學生的學習成效，並以具體的比賽來體現學生在機械系的初步總整教學目的與目標。

機械系統設計實務為全系 150 人同時分（四人一組）約 38 組，期末以初賽、複賽與決賽方法，每年挑戰不同關卡，考驗同學設計與製造、電控與程式以及操作和練習訓練機器人破關為目的，整合每組同學利用 3D CAD 電腦輔助設計機器人、使用各類工廠工具與機械材料製作、結合電腦控制元件與馬達等驅動器和感測器等，實際遙控或程式自動化機器人來破關。

機械實習二則為前述機器人大賽之簡化版本。首先此課程有系統的上課介紹所有機器人的關鍵零組件：馬達驅動、紅外線感測器與 Arduino 嵌入式系統等電腦程式元件，從電路學與電子學實習開始延伸，設計在期末以四人分組，針對全年級 150 人分 6~8 班，每班 28 人，進行較為攜手型的帶領教學。在期末也進行「尋跡自走車」的分組小比賽，以供學生進行全盤的專題手做回饋。此課程中「自走車」為簡單木工美勞型手做車輛，無須花費大量時間精力使用金屬等複雜工件，帶領學生習得機電整合的精神與專業跨領域內容，為設計實務課程奠下總整的基石。


| 如何結合產業合作資源

本系總整實驗室與總整課程引進以下業界之重要機器人操作實務的三大範疇：

  1. 嵌入式系統：商用的開放型可程式中央處理系統 (Arduino、Raspberry Pi、My Rio 等) 開發版，在本系總整課程的機器人製作，為產業的直接技術連結，其商用程式與開放性架構與業界技術是相同的。此方面本系引進業界開放原始碼的資源，讓學生在網路上深入學習相關技術。

  2. 機械加工與零組件採購：本系在總整課程方面，提供每個小組固定的資源，使得學生要學習在有限資源中，規劃與自行加工各種零組件，並且除了設計相關的機械構造零件外，也要自行使用機械工廠加工機使用自行採買的原料加工，來完成各組的機器人。也是連結所有產業資源的實習精神。

  3. 驅動器與感測器使用：目前在總整實驗室，有兩大類型的硬體零組件。其中一部份是由業界 (台達電等) 所捐獻的可程式邏輯控制器 (PLC，Programable Logic Controller) 以及其相關的馬達、氣壓元件等。另外，在軟體與教材也有採用資料採集與監視系統 (SCADA，Supervisory Control and Data Acquisition) 的業界教材，來連結工業 4.0 業界需求。

| 學生實務能力評量方式

本系總整課程專業能力檢測內容如下：


另外，因為本系總整課程分兩階段：「機械實習二」的小型機器人比賽，與「機械設計系統實務」的大型機器人比賽。兩者之主要差異在機器人的設計與材料製作方面，機械實習時候，自走車製作以手工零組件組合為主，而系統實務課程則要利用工具機製作金屬等高強度機器人，如下圖所示。


除此之外，在電控、操作與驅動感應器使用方面，兩門總整課程都採取類似的操作與使用模式，以配合通用性與延續性。

機械系統設計與實務期末大賽

| 其他重要成果

本總整教學實驗室鼓勵同學參加各種比賽，如：TDK 機器人創思設計比賽，跨校電機專題比賽。