廢材車之廢等級
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Aug. 20, 2019
[1]
一台能自動駕駛的無人車需要有什麼樣的零件與技術呢？
再把問題簡化一點：一台自走車要怎麼設計呢？
一般而言，自走車（以下本文就以車子來稱呼）可被歸類為機器人（robots）的一種，簡稱為輪軸型機器人。它包含造形與功能設計。
大廢車 就功能面來說，一台最簡單的車體至少會有車底板以提供馬達與馬達控制電路（或控制板）的支撐結構，並外接電源帶動馬達而轉動輪子使車體運動
。因此，這種使用最少必要零件（其餘都可以使用廢材來完成，例如：瓦楞紙板、保特瓶、易開罐…
）的車子就構成了一台大廢車 [2]。其中，需使用L298 IC（Integrated Circuit，積體電路）來封裝H橋（H bridge）電晶體（transistor）放大電路）來推動馬達運轉。大廢車的材料清單（材料包訂購請用手機掃瞄這個QR碼
）如下：
大哉問
在開始造車之前，讀者們可先試著想想以下的各個問題：- 車子為什麼會動？
- 它的動力來源為何？
- 車子結構組成的基本零件為何？
- 車子的運動方向（前進、後退、左轉、右轉、平移…）要如何控制？
- 金龜車、跑車、水泥車…要怎麼做？
- …
到底要多廢？
根據廢材的運用程度，我們將之分為大、中、小三級：大廢車 就功能面來說，一台最簡單的車體至少會有車底板以提供馬達與馬達控制電路（或控制板）的支撐結構，並外接電源帶動馬達而轉動輪子使車體運動
。因此，這種使用最少必要零件（其餘都可以使用廢材來完成，例如：瓦楞紙板、保特瓶、易開罐…
）的車子就構成了一台大廢車 [2]。其中，需使用L298 IC（Integrated Circuit，積體電路）來封裝H橋（H bridge）電晶體（transistor）放大電路）來推動馬達運轉。大廢車的材料清單（材料包訂購請用手機掃瞄這個QR碼
）如下：| 品名 | 數量 | 單位 |
| Micro:bit主板 | 1 | 塊 |
| USB傳輸線 | 1 | 條 |
| TT減速馬達（加銲電源線，並用熱熔膠加固） | 1 | 顆 |
| L298 IC [3] | 1 | 顆 |
| 麵包板 [4] | 1 | 塊 |
| 單心線 | 1 | 段 |
| 3號三只電池盒（有蓋、開關） | 1 | 個 |
| 魔鬼氈 | 2 | 段 |
- 美術工具：剪刀、美工刀、油性筆、鐵尺、切割墊、鉛筆、壓克力原料、水彩筆、束帶、螺絲起子、熱熔膠、熱熔膠槍…。
- 電子工具：尖嘴夾、斜口鉗、剝線鉗（選配）。
- 廢材：瓦楞紙。
- 脫皮車：
。 - Walle 2.0：
。 - 螺旋槳車：
。 - 機器人：
。 - 史派客小基地：
。 - 荒野機器車：
。 - 坦克：
。
中廢車 將大廢車中的控制IC改為馬達擴充板KSB037
。下表為中車的材料清單。其中，各項工具及材料包訂購如大廢車所列。
。下表為中車的材料清單。其中，各項工具及材料包訂購如大廢車所列。| 品名 | 數量 | 單位 |
| Micro:bit主板 | 1 | 塊 |
| USB傳輸線 | 1 | 條 |
| TT減速馬達（加銲電源線，並用熱熔膠加固） | 1 | 顆 |
| KSB037馬達擴充板 | 1 | 塊 |
| 3號三只電池盒（有蓋、開關） | 1 | 個 |
| 魔鬼氈 | 2 | 段 |
小廢車 除了馬達電路控制可選擇最原始的電路形式或整體封裝好的IC外，在市面上也有現成的輪組件（下表藍字）可購買 [5]。
購買現成材料的好處是減少手作時間，以求快速組裝。當然，成本也是較高。所以，我們將之稱為小廢車 [6]。
購買現成材料的好處是減少手作時間，以求快速組裝。當然，成本也是較高。所以，我們將之稱為小廢車 [6]。
| 品名 | 數量 | 單位 |
| Micro:bit主板 | 1 | 塊 |
| USB傳輸線 | 1 | 條 |
| TT減速馬達（加銲電源線，並用熱熔膠加固） | 1 | 顆 |
| KSB037馬達擴充板 | 1 | 塊 |
| 3號三只電池盒（有蓋、開關） | 1 | 個 |
| 魔鬼氈 | 2 | 段 |
| 萬向輪 | 1 | 個 |
| 輪子 | 2 | 個 |
| M3螺絲 | 1 | 組 |
| M3螺帽 | 1 | 組 |
要幾輪才夠？
上一節我們談到了車子的控制（馬達IC控制電路或擴充板）和輪子（買現成或用廢材作）設計。本節我們再來談談一台車要幾個輪子？
當我們讓學生們設計自己的車子時，各位看官猜一猜，十張設計稿裡會有幾成是畫成四顆輪子的呢？我們大膽的猜測至少會有七成以上的同質性吧？Why？因此，從一輪到多輪，我們一一列舉出現有的相關商品。
- 獨輪車不能跑嗎？請看看這台在街頭上偶然會看見的電動獨輪車。請留意，一般而言，單輪的車子只能前進與後退，它是無法轉彎的喔！
- 兩輪車站的起來嗎？請看看這台二輪平衡車的小短片。在這裡，兩個輪子各自由一顆馬達來驅動。因此，控制兩馬達的速度差就能讓車子左、右轉彎了。
- 三輪車跑得快，上面一定要坐老太太嗎？這段影片是一般我們常見的三輪車另外，三輪車一定是一前輪兩後輪嗎？看看這段影片中的設計。
- 四輪車應該是四平八穩，不用考慮車體平衡的問題了吧？可是車子要前（輪）驅（動）、後驅，還是前後驅呢？
- 車子可以裝五個（含）以上的輪子嗎？這段影片將為我們展示一款多輪車的設計。
- 世界上的多輪車最多有顆輪子呢？這部影片中將為我們解答。
車子的反思
以筆者橫跨EE、CS和教育三領域來看，車子設計的難度包含有軟體和硬體兩項專業──軟體方面，除了程式語言（programming languages）的學習外，還包括將車子運動對應到馬達的控制的抽象轉具象的轉換（transform）過程。
至於硬體電路方面，從基本的電晶體放大電路、積體電路到微處理器（micro controller）與介面控制（peripheral control），以及麵包板接線、洞洞板焊線，乃至PCB洗電路板。這些需要反覆練習的硬功夫不是一蹴可及的。（若對電學、電子電路有興趣的讀者，強烈推薦精研曹齊平老師自製的科學魔法車之大小車系列。根據英國BBC報導，某印度裔青年透過自學這台MIT的魔法車而發明了全世界最小的人造衛星！）
至於硬體電路方面，從基本的電晶體放大電路、積體電路到微處理器（micro controller）與介面控制（peripheral control），以及麵包板接線、洞洞板焊線，乃至PCB洗電路板。這些需要反覆練習的硬功夫不是一蹴可及的。（若對電學、電子電路有興趣的讀者，強烈推薦精研曹齊平老師自製的科學魔法車之大小車系列。根據英國BBC報導，某印度裔青年透過自學這台MIT的魔法車而發明了全世界最小的人造衛星！）
結語
科技的進步促成初學者的入門門檻變低了。而這個低標並非技術變簡單，而是將科技穩藏（tech hiding）之下，儼然已逐步做到防呆之效。
然而，科技教育不變的本質仍是以人為體、科技為用
。在教育現場對於車子的教學，應回歸到人的教育思考上──男女生的喜好本就不同（女生通常都不愛冰冷冷的機械、科技，車子亦然）、車子教完後就開始了競速賽的濫觴了嗎？…。
然而，科技教育不變的本質仍是以人為體、科技為用
。在教育現場對於車子的教學，應回歸到人的教育思考上──男女生的喜好本就不同（女生通常都不愛冰冷冷的機械、科技，車子亦然）、車子教完後就開始了競速賽的濫觴了嗎？…。
