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工程學科(一)科

雙層式水平軸風力渦輪機葉片下洗氣流之探究

本研究設計雙層葉片風力渦輪機,並使第二層葉片吸收第一層剩餘風能,提升發電效率。由於渦輪機葉片運動模式複雜,因此將實驗分成兩部分,首先去除渦輪機旋轉的因素,測量前後機翼改變攻角、間距及方位角情況下的升力,經實驗分析下洗氣流效益最佳處,為攻角於12度、間距1.5倍弦長、方位角-15度處;第二部分實驗測試雙層葉片渦輪機發電效率,當兩層葉片間距為1/4螺距(90度)時,兩層葉片應於夾角90度有最大效率,但減去下洗氣流方位角-15度,夾角75度對應效率最佳,經風洞實驗得相同結果。經效益分析,兩層葉片渦輪機效率提升四葉葉片的三成,一層葉片佔渦輪機總成本10-20%之間,可見本設計具備提升效率及降低成本的特性,未來具有高度前瞻性。

寶特瓶回收3D列印線材製造機

本專題研究旨在探討如何將廢棄的寶特瓶回收,並製成可用於3D列印機線材料之可行性研究。首先針對寶特瓶的材料進行了分析,評估寶特瓶的材質、硬度及可收回性。接著將回收的寶特瓶 ,進行加工、裁剪和熔融等步驟製程 ,最後製作成3D列印線材料。本研究探討了寶特瓶其熔點、馬達機械性能等多項關於製造3D列印相關的參數指標,最後,進行研究實驗驗證,利用回收之寶特瓶製作出的列印線材,送入3D列印機進行實際列印。研究結果顯示,將寶特瓶回收並製成3D列印線材料,不僅可以減少廢棄物的產生,也能夠製造出高品質、低成本的線材,有助於促進環境保護的發展。

光學自動追日加熱器

本組發現了菲涅爾透鏡有短焦距的效果,因此可達到良好的聚焦加熱,又太陽因地球自轉,有了這幾點動機,所以本組決定採用myRIO做為控制器再搭配Wi-Fi遠端的無線監控、步進馬達的驅動、菲涅爾透鏡的短焦距,以達到聚焦加熱完成自動追日加熱的系統。 本組作品可Wi-Fi無線監控,分為手動聚焦加熱、自動聚焦加熱。但因晝夜長短不同、四季不同,所以本組利用四顆光敏電阻(CDS)進行光源方向感測,做出16種狀態的真值表,讓實際值與設定值進行比較判斷並且二值化,形成一個閉迴路控制;使用myRIO控制器和LabView可圖形化程式設計、虛擬儀表的人機介面做搭配,可透過人機介面可無線監控,最後再由菲涅爾透鏡的短焦距進行聚焦加熱,達成較佳的加熱效率。

自製保麗龍自動切割機

本作品的特色是以Arduino微處理器為核心,利用開源軟、硬體,自製一個電腦數值控制系統的保麗龍自動切割機。使用者只要先以繪圖軟體Inkscape製作出切割路徑的G-Code程式,再以Universal Gcode Sender軟體將程式傳送至控制器,系統即會自動控制步進馬達,將所需切割之圖形自動、快速的切割完成。

結合熱感應的寵物訓練機

在多數有毛小孩陪伴的家庭,訓練寵物大小便的問題至為重要,足以影響主人的生活品質。本研究的寵物訓練機以操作制約為理論基礎,透過監測寵物可否在正確位置如廁,再以語音及食物獎勵,強化在正確位置如廁的行為,讓主人可以在機器的輔助下,順利完成寵物的訓練。為辨識排泄物是否在正確的位置,採用熱影像攝影機辨識環境熱源,擷取前後兩張熱影像的差,找出有降溫特性的物體,藉以確定寵物排泄物的位置,準確率將大幅提高。當寵物成功在正確位置如廁時,訓練機立刻啟動獎勵,以樹莓派啟用語音獎勵及藍芽控制零食桶給予獎勵,寵物便可以不用主人親自訓練,便可以達到訓練寵物在正確位置排便的目標。

結合費氏數列應用於腳踏車平面拼圖塑膠模型之共用模座與頂出設計

塑膠射出是塑膠製品中最基本的製造方法,塑膠原料經過融化以後進入模具內等產品冷卻以後再由頂出板與頂出銷頂出產品,然而在頂出的過程中頂出銷需要擺放的位置需要由產品的形狀和排列方式而定,造成每一組塑膠產品都需設計不同頂出位置,所以進而嘗試使用費氏數列的方法來排列出頂出位置。 參考市面上的塑膠模具發現,大部分塑膠模具都有不同的頂出位置,為了因應不同的產品而設計,故本次利用腳踏車平面拼圖塑膠模型設計頂出費氏列設計裝置製作腳踏車拼圖,所以在設計塑膠模具中可以降低頂出排佈困難,減省時間也節省材料的花費。

輪椅改造,提高『便』利性

近年少子化使老年人口比例快速上升,政府對老年及失能人士的照護也愈發重視,而在輔助失能人士的輔具中,輪椅及便椅是日常生活不可或缺的存在,對行動不便的使用者而言,在輪椅與便椅兩者間的移動可能增加跌倒的風險,若能將輪椅與便椅結合,將大為降低移動的風險。本研究透過生活科技及資訊科技所學,設計將兩項輔具結合為主要目標,並試圖解決兩大問題:第一,輪椅如何提供座位中空來進行如廁,而中空的部分沒有支撐要如何來改善;第二,長期仰賴輪椅者臀部所產生的壓迫性壓瘡如何來防治。本研究將針對上述兩大問題,就現有照護文獻與輔具發明,進行探討、發想、實作與改良,期望打造一台能降低跌倒風險與壓瘡發生等多功能的『方便椅』。

AIOT動物健康浮生錄

本研究以寵物智能自動餵食器相關產品為基礎進行改良,運用影像辨識技術來判斷其健康狀況,目的為改善動物福祉、解決動物與醫護人員之間無法溝通的問題,進而建立一套動物陪伴型照護系統。有效利用這套即時照護系統,可更好地關注動物的情緒健康,及時發現潛在的問題並提供適當的醫療幫助,確實避免飼主因繁忙、對寵物關注度下降而導致動物鬱鬱寡歡等情況發生,具有重要意義。

光學式震動裝置

本研究開發的多軸向光學式震動測量裝置,結合物聯網技術達到監測震動訊號並即時警示的目的,首先確認慣性單擺的光柵繞射光學特性能有效測量出震動訊號,並可在連續震動狀態下,有效且持續記錄震動訊號。其次在震動訊號分析上,以OBSPY程式輸出訊號頻譜圖,並自行開發的Python程式利用增加執行緒的模式,提升影像紀錄取樣率達到符合資料分析所需之奈奎斯特頻率(Nyquist frequency)條件,並進行運算與濾波將數據有效運用。更透過3D列印技術製作出可記錄平面震動與垂直震動訊號的微小化多軸測量裝置,將監測與紀錄震動訊號之數據,透過物聯網傳輸,儲存於雲端資料庫內,同時可即時偵測震動訊號是否超過警示數值,並透過line notify將警示訊息發送出去,達到即時監測與警報的目的。

寶寶喝奶小幫手

牛奶是嬰兒主要營養來源。喝奶時吸吮奶嘴的動作,對於新生兒是一種口腔肌肉的訓練,更是心理層面的滿足。 嬰兒喝奶時,總會剩下大約30ml,對家長而言除了擔心寶寶營養不夠外,金錢上的浪費更是驚人。以出生一個月的嬰兒為例,每天需喝6~7次奶,每次約120ml。以每天喝6次牛奶。平均一周會喝完一罐奶粉,其中約四分之一是沒喝完倒掉,這樣一個月平均倒掉奶粉成本就超過一千元。 本研究發現,嬰兒吸奶過程中會造成瓶內壓力小於環境壓力。當瓶內液體剩下約原本的1/4時,瓶內、外壓力差會使嬰兒吸吮力道不足以將牛奶吸出。因此大部分嬰兒都會放棄。本研究設計了一個加壓機構,藉由調整瓶內外壓力差,幫助嬰兒順利的喝完牛奶。