機械實作

機械實作專題 (ㄧ) 多軸無人機實作 Omni-Directional Autonomous Perching of Unmanned Aerial Vehicle using Reinforcement Learning Trajectory Generation and Control 無人飛行器(UAV)由於其相對較低的運行成本和在各種應用中的高度靈活性而被廣泛研究和使用。本機械實作專題研製四旋翼飛行器及以強化學習(Reinforcement Learning)演算飛行軌跡生成的全方位自主垂直棲息控制,設計軌跡規劃和控制器,生成可行的軌跡並將四旋翼飛行器驅動到狀態空間中的所需狀態。本專題利用強化學習控制器和傳統PID控制器的優點,提出四旋翼飛行器的軌跡生成和跟踪方法。經過訓練的強化學習控制器將操縱四旋翼飛行器朝向模擬環境中的棲息點。一旦模擬四旋翼飛行器成功棲息,模擬中的相對軌跡訊息將被傳送到真實四旋翼飛行器上的跟踪控制器並開始實際的棲息任務。本專題將研究四旋翼無人機軌跡生成和控制器設計,進行四旋翼無人機由任一方位棲息在垂直表面上的機動控制。實作實習目的是培養學生的動手能力,獲得機械工業中機構設計的加工工藝基本知識,機器學習原理及控制學理應用。 主要實作項目: 1. 多軸無人機機構設計,依工程圖實作無人機機構之零件並組裝成品,由專題課程提供部品,包括無刷馬達、 螺旋槳、電子變速器配線板、電池、Pixracer飛行控制板、Wifi 模組、RC模組、碳纖板。 2. 無人機的系統程式發展環境建立。 3. 機器學習學理,飛行模擬。 4. 以強化學習演算法軌跡生成,程式設計及控制器實作。 5. 無人機PID位置控制、姿態控制、加加速度(jerk)追蹤、加加加速度(snap)追蹤程式設計及飛行控制器實作。 6. 無人機軟硬體機電整合。 7. 無人機垂直棲息飛行測試。 本課程目標在於整合機構設計、微控制器、機器學習、力學分析、自動控制等知識進行系統設計,設計四旋翼無人機由任一方位棲息在垂直表面上的機動控制。專題課程中學習內容: 1. 無人機系統組裝。 2. 四軸無人機座標系統與動態模型。 3. 強化學習演算法,模擬,程式設計。 4. PID飛行姿態控制器以及與強化學習軌跡生成控制器整合。 5. 如何將程式應用於實際無人機飛行控制。 6. 四旋翼無人機垂直棲息的實驗設計與飛行測試。 (二) 題目自訂 簡介: 1. 訂定目標並提供基本經費,讓學生依此分組進行產品設計。 2. 培養學生電腦輔助工程的基本能力。 3. 教導學生機械系統設計的基本概念。 4. 培養學生蒐集資訊以解決問題的能力。 5. 培養學生團隊合作的態度與習慣。 1. 學生知道如何正確使用工作日誌並能夠確實記錄。 2. 學生對設計流程有清楚的認識。 3. 學生在概念設計階段能夠有效率地蒐集資料以進行討論,並且各組在課堂上將自己所蒐集的資料作簡要的提報。 4. 學生知道如何對概念作評估。 5. 學生能夠依據概念,實際地設計產品。 6. 學生知道公差的知識,並能夠選擇適當的公差。 7. 學生能夠複習所學過的圖學知識並實際應用在繪製產品設計圖上 ,包括產品細部設計圖與組合圖。 8. 學生知道如何對產品設計做評估。 9. 學生能夠列出完整的零件表與採購單。 10. 學生能夠清楚的知道工廠實作注意事項。 11. 學期末,學生能夠繳交完整的設計報告,內容包括概念設計、概念評估、產品設計、設計圖、參考資料。 [機械實作] 配合課程開課的時程於6月底辦理機械實作成果發表競賽。修課學生如未依規定參與課程成果發表,該學期成績不予通過。

工程材料、機械製造、圖學、C語言、自動控制、微處理機

背景及CAE工具簡介 簡介設計、產品生命週期、評估、電腦在機械系統設計的助益等基本概念 6 3 3 設計流程 簡介設計流程,及說明規格發展與計畫,內容包括:設計小組、瞭解問題、品質機能展開(QFD)、設計企劃(Planning the Design Project)、分解設計等觀念 2 4 概念設計 介紹概念的產生、靈感可能來源、需要記錄的內容及概念評估流程等知識 2 4 產品設計 介紹產品設計流程中產生的圖、產品設計步驟等觀念 2 4 人因工程與設計 介紹人因工程在機械系統設計上的意義及其相關概念 2 1 機械的公差與配合 說明公差與配合的定義、名詞、種類 2 1 產品評估 簡介產品評估過程技巧,說明產品評估的模型建立、穩健設計(Robust Design)等知識 2 4 成本與組合 介紹成本的分類、成本預估、組裝性的評估與設計等概念 2 4

[機械實作] 配合課程開課的時程於6月底辦理機械實作成果發表競賽。修課學生如未依規定參與課程成果發表,該學期成績不予通過。

• 設計流程
• 概念設計
• 產品設計
• 學習相關電腦輔助軟體
• 機械的公差與配合
• 產品評估
• 成本與組合
• 背景及CAE工具簡介