第四章 航太交通與自動化機電科 技的發展與人物. 陸上交通 1790 年，法人西夫拉克研製成木製自行 車，車的外形像一匹木馬，腳下裝有兩 個固定在一線上的輪子，但沒有驅動和 轉向裝置，兩腳著地向後用力蹬，使車 子沿直線前行1790 年，法人西夫拉克研製成木製自行 車，車的外形像一匹木馬，腳下裝有兩.

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1 第四章 航太交通與自動化機電科 技的發展與人物

2 陸上交通 1790 年，法人西夫拉克研製成木製自行 車，車的外形像一匹木馬，腳下裝有兩 個固定在一線上的輪子，但沒有驅動和 轉向裝置，兩腳著地向後用力蹬，使車 子沿直線前行1790 年，法人西夫拉克研製成木製自行 車，車的外形像一匹木馬，腳下裝有兩 個固定在一線上的輪子，但沒有驅動和 轉向裝置，兩腳著地向後用力蹬，使車 子沿直線前行 1817 年，德國的馮卡爾杜萊斯（ Baron von Drais ）男爵發明了能自由活動的車 把，使自行車轉向比較方便，並在 1818 年向英國申請專利。同年，他依溜冰鞋 的原理，在車子前輪上裝了一個方向把 手，取得了德國及法國專利1817 年，德國的馮卡爾杜萊斯（ Baron von Drais ）男爵發明了能自由活動的車 把，使自行車轉向比較方便，並在 1818 年向英國申請專利。同年，他依溜冰鞋 的原理，在車子前輪上裝了一個方向把 手，取得了德國及法國專利 1888 年，更有愛爾蘭的獸醫唐羅普 （ John Boyd Dunlop ）發明了橡皮充氣 輪胎，不但解決了震動問題，也使行進 速度增快許多1888 年，更有愛爾蘭的獸醫唐羅普 （ John Boyd Dunlop ）發明了橡皮充氣 輪胎，不但解決了震動問題，也使行進 速度增快許多 1829 年英國人史蒂芬生（ Stephenson ） 製作了火箭號火車，成為了第一輛時速 可達 46 公里，行駛於利物浦與曼徹斯特 之間的火車 1829 年英國人史蒂芬生（ Stephenson ） 製作了火箭號火車，成為了第一輛時速 可達 46 公里，行駛於利物浦與曼徹斯特 之間的火車 1885 年，德國工程師卡爾．賓士（ Carl Benz ）在曼海姆製造出汽油引擎（即發 動機）裝置，架設在馬車上的三輪汽車， 有 0.85 匹馬力1885 年，德國工程師卡爾．賓士（ Carl Benz ）在曼海姆製造出汽油引擎（即發 動機）裝置，架設在馬車上的三輪汽車， 有 0.85 匹馬力

3 輕軌電車與捷運（ Mass Rapid Transit, MRT ） 輕軌運輸（ light rail transport ）， 雖然運量低，速度慢，惟因可 減輕都市之空氣污染，且工程 費低廉，所以歐美國家之中小 型都市尚保留營運。因為輕軌 電車運量小，所以無法完全解 決大都市之交通運輸問題。但 是其系統簡單、載重輕、低成 本、短工期、高效益、具有升 級彈性 輕軌運輸（ light rail transport ）， 雖然運量低，速度慢，惟因可 減輕都市之空氣污染，且工程 費低廉，所以歐美國家之中小 型都市尚保留營運。因為輕軌 電車運量小，所以無法完全解 決大都市之交通運輸問題。但 是其系統簡單、載重輕、低成 本、短工期、高效益、具有升 級彈性 台灣的高雄市在 2015 年也完成 全島第一個輕軌運輸系統 台灣的高雄市在 2015 年也完成 全島第一個輕軌運輸系統

4 電動車、油電混合車與自動駕駛車

5 自動駕駛車 自動駕駛汽車是一種 透過電腦實現無人駕 駛的智慧型汽車，它 利用人工智慧、計算 機視覺、雷達、監控 裝置和全球定位系統 等，讓電腦可以在沒 有任何人類主動操作 的情況下，自動安全 地駕駛車輛 自動駕駛汽車是一種 透過電腦實現無人駕 駛的智慧型汽車，它 利用人工智慧、計算 機視覺、雷達、監控 裝置和全球定位系統 等，讓電腦可以在沒 有任何人類主動操作 的情況下，自動安全 地駕駛車輛

6 車用電子與自動駕駛技術 車用電子分為兩種： 1. 車 用電子控制裝置，與車上 機械系統整合應用，屬機 電結合的控制裝置，例如 引擎動力控制、感測器影 像控制、障礙物辨識系統 等。 2. 車載用電子裝置， 可獨立使用的電子裝置， 例如車載機、 GPS 、影音 娛樂系統等產品。 車用電子分為兩種： 1. 車 用電子控制裝置，與車上 機械系統整合應用，屬機 電結合的控制裝置，例如 引擎動力控制、感測器影 像控制、障礙物辨識系統 等。 2. 車載用電子裝置， 可獨立使用的電子裝置， 例如車載機、 GPS 、影音 娛樂系統等產品。

7 新式代步工具 Segway 與可爬樓梯的輪椅

8 坦克車 坦克車 ( 戰車 ) 是現代陸上作戰的主要武器，它是 具有強大火力、高度越野機動性強大防護力的履 帶式裝甲戰鬥車輛，主要執行與對方坦克或其他 裝甲車輛作戰，也可以壓制、消滅反坦克武器、 摧毀工事、殲滅敵方具威脅的反抗力量。坦克一 般裝備一門中或大口徑火炮，有些現代坦克甚至 可以發射反坦克 / 直升機導彈，以及數挺防空 / 高 射機槍。坦克大多使用旋轉炮塔，但亦少數使用 固定式主炮。坦克主要由武器系統、火控系統、 動力系統、通信系統、裝甲車體等系統組成 坦克車 ( 戰車 ) 是現代陸上作戰的主要武器，它是 具有強大火力、高度越野機動性強大防護力的履 帶式裝甲戰鬥車輛，主要執行與對方坦克或其他 裝甲車輛作戰，也可以壓制、消滅反坦克武器、 摧毀工事、殲滅敵方具威脅的反抗力量。坦克一 般裝備一門中或大口徑火炮，有些現代坦克甚至 可以發射反坦克 / 直升機導彈，以及數挺防空 / 高 射機槍。坦克大多使用旋轉炮塔，但亦少數使用 固定式主炮。坦克主要由武器系統、火控系統、 動力系統、通信系統、裝甲車體等系統組成

9 高速鐵路與磁浮列車 高速鐵路：營運速率達到 每小時 250 公里以上的鐵路 系統 高速鐵路：營運速率達到 每小時 250 公里以上的鐵路 系統 磁浮列車：靠磁懸浮力來 推動的列車。由於軌道的 磁力使之懸浮在空中，行 走時不需接觸地面，因此 其阻力只有空氣的阻力。 磁浮列車的最高速度可以 達每小時 500 公里以上 磁浮列車：靠磁懸浮力來 推動的列車。由於軌道的 磁力使之懸浮在空中，行 走時不需接觸地面，因此 其阻力只有空氣的阻力。 磁浮列車的最高速度可以 達每小時 500 公里以上

10 海上／水面交通 木筏︰遠古時代的人類利用浮木渡河，後來發現浮力更好 的木筏。為了解決木筏容易浸濕的缺點，便把木頭的中心 挖空做成木船 木筏︰遠古時代的人類利用浮木渡河，後來發現浮力更好 的木筏。為了解決木筏容易浸濕的缺點，便把木頭的中心 挖空做成木船 帆船︰以風帆來操縱風力使船航行的，就叫做帆船。帆船 的最大動力來源是所謂的「伯努利效應」，也就是說當空 氣流經一類似機翼的弧面時，會產生一向前向上的吸引力， 因此帆船才有可能朝某角度的逆風方向前進。而正順風航 行時，伯努利效應消失，船隻反而不能達到最高速 帆船︰以風帆來操縱風力使船航行的，就叫做帆船。帆船 的最大動力來源是所謂的「伯努利效應」，也就是說當空 氣流經一類似機翼的弧面時，會產生一向前向上的吸引力， 因此帆船才有可能朝某角度的逆風方向前進。而正順風航 行時，伯努利效應消失，船隻反而不能達到最高速 輪船︰輪船泛指所有以機動推進的船隻，其推進有兩種方 式，一種是以蹼輪推進，一種是以螺旋槳推進 輪船︰輪船泛指所有以機動推進的船隻，其推進有兩種方 式，一種是以蹼輪推進，一種是以螺旋槳推進

11 近代的船 氣墊船︰氣墊船是利用一個大風扇， 把空氣強烈地吹送到船體下部，以 支持船的重量。由於空氣向水面吹 送，而產生向上的反作用力，使船 體能離開水面航行。這樣的航行方 法，能夠減少水對船的阻力，而使 速度大為提高。氣墊船每小時可達 120 公里，這種船具備水陸兩用特 性 氣墊船︰氣墊船是利用一個大風扇， 把空氣強烈地吹送到船體下部，以 支持船的重量。由於空氣向水面吹 送，而產生向上的反作用力，使船 體能離開水面航行。這樣的航行方 法，能夠減少水對船的阻力，而使 速度大為提高。氣墊船每小時可達 120 公里，這種船具備水陸兩用特 性 水翼船︰水翼船是在船首、船尾部分裝 上水翼，在船剛發動時，水翼船和普通 船一樣是浮在水面上滑行，等到速度加 快，沈在水中的水翼便逐漸產生揚升力， 把船體舉出水面，以減少阻力，除可減 少燃料消耗外，並可提升航速，它的最 快速度可達每小時 75 公里 水翼船︰水翼船是在船首、船尾部分裝 上水翼，在船剛發動時，水翼船和普通 船一樣是浮在水面上滑行，等到速度加 快，沈在水中的水翼便逐漸產生揚升力， 把船體舉出水面，以減少阻力，除可減 少燃料消耗外，並可提升航速，它的最 快速度可達每小時 75 公里

12 軍艦與航空母艦

13 水陸兩用車輛 水陸兩用車輛：又稱為兩棲車輛，意指無 需使用輔助設備而能通過水障礙的車輛 水陸兩用車輛：又稱為兩棲車輛，意指無 需使用輔助設備而能通過水障礙的車輛

14 水下交通 據說達文西（ Leonardo da Vinci ） 曾經設計過「可以水下航行的 船」 據說達文西（ Leonardo da Vinci ） 曾經設計過「可以水下航行的 船」 第一批在德國製造的潛艇建於 1850 年，由德國發明家威爾 亨．鮑爾（ Wilhelm Bauer ）製造。 工程延續到 1890 年由諾登非厄 特設計製為 W1 與 W2 潛艇。而德 國海軍製造的潛艇建造於 1905 年，約在第一次世界大戰末期 第一批在德國製造的潛艇建於 1850 年，由德國發明家威爾 亨．鮑爾（ Wilhelm Bauer ）製造。 工程延續到 1890 年由諾登非厄 特設計製為 W1 與 W2 潛艇。而德 國海軍製造的潛艇建造於 1905 年，約在第一次世界大戰末期 現代潛艇

15 空中交通 中國大約在公元前 1000 年發明的風箏， 可說是人類最早的飛行物 中國大約在公元前 1000 年發明的風箏， 可說是人類最早的飛行物 西洋最古老的飛行器是氣球。 1783 年， 法國人利用熱空氣比冷空氣輕的原理， 發明了可乘坐人的熱氣球。 1785 年更以 新發明的氫氣球橫渡英、法之間的多佛 海峽 西洋最古老的飛行器是氣球。 1783 年， 法國人利用熱空氣比冷空氣輕的原理， 發明了可乘坐人的熱氣球。 1785 年更以 新發明的氫氣球橫渡英、法之間的多佛 海峽 1852 年，法國的奇法特製造了蒸汽動力 的飛船。飛船全盛時期，在歐洲幾個大 城市間有定期的載客飛行，直到 1937 年 興登堡號飛船爆炸，才使得客運飛行停 止1852 年，法國的奇法特製造了蒸汽動力 的飛船。飛船全盛時期，在歐洲幾個大 城市間有定期的載客飛行，直到 1937 年 興登堡號飛船爆炸，才使得客運飛行停 止 1903 年 12 月 17 日，美國的萊特兄弟 駕駛飛行家一號，在 59 秒內飛行了 260 公尺。飛行家一號因為可以任 意改變方向，而且能夠安全往返多 次，所以被公認為世界上第一架飛 機1903 年 12 月 17 日，美國的萊特兄弟 駕駛飛行家一號，在 59 秒內飛行了 260 公尺。飛行家一號因為可以任 意改變方向，而且能夠安全往返多 次，所以被公認為世界上第一架飛 機 滑翔機

16 直昇機、波音 747 、 協和式民用 客機與漂浮滑板

17 無人機 無人機是一種遙控 飛機，原本只是軍 事用途，近年來其 應用也大幅擴充， 除了用來作空中攝 影之外， Amazon 公 司也用它來作快遞 等服務 無人機是一種遙控 飛機，原本只是軍 事用途，近年來其 應用也大幅擴充， 除了用來作空中攝 影之外， Amazon 公 司也用它來作快遞 等服務

18 無人機 ( 續 )

19 無人機應用範例

20 軍用飛機 ─ 飛機發明後，隨即用於戰爭中，從第二次世界大戰 前後算起，空軍戰機已成為世界各國國力的最佳展現

21 我國空軍 814 空戰英雄 ─ 空軍第 4 航空大隊大隊長高志航

22 我國空軍戰鬥機簡介

23 大陸自製戰鬥機簡介

24 太空交通 火箭：第二次世界大戰末期， 德國在馮布勞恩的領導下製成 V-2 火箭，射程達 360 公里。 V-2 火箭是飛彈中的傑作，它使用 的引擎是現代長程火箭引擎的 前驅。德國戰敗之後，美國和 蘇聯就利用德國的人才和技術， 繼續研發各類型的火箭 火箭：第二次世界大戰末期， 德國在馮布勞恩的領導下製成 V-2 火箭，射程達 360 公里。 V-2 火箭是飛彈中的傑作，它使用 的引擎是現代長程火箭引擎的 前驅。德國戰敗之後，美國和 蘇聯就利用德國的人才和技術， 繼續研發各類型的火箭 太空梭可以重複使用，其大小 有如一般中型的客機。普通的 飛機只能在大氣層中飛行，但 是太空梭卻可穿越大氣層和太 空的界線 ( 高度 100 公里的卡門 線 ) 。太空梭升空時要靠火箭推 進器和燃料箱的協助，才能進 入太空。 1981 年，哥倫比亞號 太空梭順利升空，開啟了太空 運輸的新紀元。太空梭可以擔 任人造衛星發射、維修的工作， 當然也可以為太空站運送物資 太空梭可以重複使用，其大小 有如一般中型的客機。普通的 飛機只能在大氣層中飛行，但 是太空梭卻可穿越大氣層和太 空的界線 ( 高度 100 公里的卡門 線 ) 。太空梭升空時要靠火箭推 進器和燃料箱的協助，才能進 入太空。 1981 年，哥倫比亞號 太空梭順利升空，開啟了太空 運輸的新紀元。太空梭可以擔 任人造衛星發射、維修的工作， 當然也可以為太空站運送物資

25 第一次工業革命 1629 年，義大利工程師喬凡尼．白 蘭（ Giovanni Branca ）利用蒸氣可 推動渦輪葉片的原理，將蒸氣動力 機械裝置架設在馬車上1629 年，義大利工程師喬凡尼．白 蘭（ Giovanni Branca ）利用蒸氣可 推動渦輪葉片的原理，將蒸氣動力 機械裝置架設在馬車上 1766 年，英國發明家詹姆斯．瓦特 改良蒸氣機，他發明的離心力控制 器（ governor ），首次把感測器引 進控制迴路中，這是自動化與工業 結合的開始1766 年，英國發明家詹姆斯．瓦特 改良蒸氣機，他發明的離心力控制 器（ governor ），首次把感測器引 進控制迴路中，這是自動化與工業 結合的開始 1885 年才由德國工程師卡爾．賓士 在曼海姆製造出汽油引擎裝置並架 設在馬車上的三輪汽車，具有 0.85 馬力，此為現代汽車之始。而到了 1906 年，亨利．福特開始以工廠自 動化量產汽車1885 年才由德國工程師卡爾．賓士 在曼海姆製造出汽油引擎裝置並架 設在馬車上的三輪汽車，具有 0.85 馬力，此為現代汽車之始。而到了 1906 年，亨利．福特開始以工廠自 動化量產汽車 福特汽車公司在 1911 年在密蘇里州 堪薩斯城成立第一家汽車装配廠， 並在 1913 年建立世界上首條量產線。 此為工廠自動化之始 福特汽車公司在 1911 年在密蘇里州 堪薩斯城成立第一家汽車装配廠， 並在 1913 年建立世界上首條量產線。 此為工廠自動化之始 中國的第一輛汽車 北京諧趣園中陳列著慈禧太后時大臣所 敬獻的汽車，這是中國的第一輛汽車， 距離汽車問世時還不到 20 年

26 工廠自動化與全面自動化 1970 年代美國汽車工業採用繼電器 作為自動化的主要控制元件，提高 了生產效率及準確性，也使得自動 化生產線能夠迅速更換生產車型的 需求，而後此種概念也擴展到其他 產業上，而可程式邏輯控制器 （ PLC ）發明，成為工廠自動化不 可或缺的設備之一1970 年代美國汽車工業採用繼電器 作為自動化的主要控制元件，提高 了生產效率及準確性，也使得自動 化生產線能夠迅速更換生產車型的 需求，而後此種概念也擴展到其他 產業上，而可程式邏輯控制器 （ PLC ）發明，成為工廠自動化不 可或缺的設備之一 1980 年代，機器人使用情況逐漸普 遍，微電腦與電子技術結合之自動 化， PLC 、 CNC 等電子式自動化與 工具機逐漸形成結合應用，電腦數 位化控制（ CNC ）技術已至成熟1980 年代，機器人使用情況逐漸普 遍，微電腦與電子技術結合之自動 化， PLC 、 CNC 等電子式自動化與 工具機逐漸形成結合應用，電腦數 位化控制（ CNC ）技術已至成熟機器人 1990 年代，採用電腦輔助設計及製 造（ CAD/CAM ）之技術，建制彈 性式自動化生產系統、自動檢測系 統，並且重視製造自動化系統模組 化技術1990 年代，採用電腦輔助設計及製 造（ CAD/CAM ）之技術，建制彈 性式自動化生產系統、自動檢測系 統，並且重視製造自動化系統模組 化技術 圖形辨識、字詞認識、人工智慧 （ artificial intelligence ）和機器人 （ robot ）的發展，使自動化有了重 大的進步 圖形辨識、字詞認識、人工智慧 （ artificial intelligence ）和機器人 （ robot ）的發展，使自動化有了重 大的進步 CNC 機器之例

27 3D 列印技術 3D 列印：如果將每次 印出來的物體層層堆 疊，就會有個 3 維立體 的形狀跑出來。而印 表機噴出的材質隨即 可硬化固定，再把噴 頭從原本的 2 維移動 ，改為 3 維移動 ( 加入 噴嘴頭高度的 Z 軸 ) ， 就是 3D 印表機的原理3D 列印：如果將每次 印出來的物體層層堆 疊，就會有個 3 維立體 的形狀跑出來。而印 表機噴出的材質隨即 可硬化固定，再把噴 頭從原本的 2 維移動 ，改為 3 維移動 ( 加入 噴嘴頭高度的 Z 軸 ) ， 就是 3D 印表機的原理

28 簡單的教學機器人

29 各式各樣的機器人比賽

30 自動控制生產線的重要器具 ─ 機 械手臂 在太空中工作之機械手臂 學生專題比賽所設計的機械手臂

31 機電科技與系統整合 1970 年代的機電整合是由機構 學（機械學）和電子學整合而 成，製造出自動門、自動販賣 機、自動對焦照像機或攝影機 等產品1970 年代的機電整合是由機構 學（機械學）和電子學整合而 成，製造出自動門、自動販賣 機、自動對焦照像機或攝影機 等產品 1980 年代，為了滿足少量多樣 產品的需求，減少生產成本， 產業開始研發機器人、自走車 （ AGV ）、彈性製造系統 （ FMS ）與電腦整合製造系統 （ CIM ）等自動化相關技術，此 時電腦更扮演控制中心的重要 角色，並開始引入資訊技術1980 年代，為了滿足少量多樣 產品的需求，減少生產成本， 產業開始研發機器人、自走車 （ AGV ）、彈性製造系統 （ FMS ）與電腦整合製造系統 （ CIM ）等自動化相關技術，此 時電腦更扮演控制中心的重要 角色，並開始引入資訊技術自走車 文化大學機械系學生所做的越障車

32 機電整合系統之例

33 微機電技術與奈米機電技術 1990 年代，機電整合大量 引入有線、無線通訊、衛 星定位、網路傳輸等技術1990 年代，機電整合大量 引入有線、無線通訊、衛 星定位、網路傳輸等技術衛 星定位衛 星定位 21 世紀為多元機電整合的 時代，包括光機電 （ Optomechatronics ），微 機電系統技術（ MEMS ）、 奈米機電技術（ NEMS ）， 以及生物機電工程 （ Biomechatronics ）等21 世紀為多元機電整合的 時代，包括光機電 （ Optomechatronics ），微 機電系統技術（ MEMS ）、 奈米機電技術（ NEMS ）， 以及生物機電工程 （ Biomechatronics ）等微 機電系統微 機電系統

34 微機電之應用 ─ 生醫檢測晶片 ( 台 科大電機系陳筱青教授 )

35 人機介面 人機介面大量運用在工業與商業上，簡 單的區分為輸入（ input ）與輸出 （ output ）兩種，輸入指的是由感知器 接受訊號後傳送給控制器來進行機械或 設備的操作，如把手、開關、門、指令 （命令）的下達；而輸出指的是由機械 或設備發出來的通知，如故障、警告、 操作說明提示等 人機介面大量運用在工業與商業上，簡 單的區分為輸入（ input ）與輸出 （ output ）兩種，輸入指的是由感知器 接受訊號後傳送給控制器來進行機械或 設備的操作，如把手、開關、門、指令 （命令）的下達；而輸出指的是由機械 或設備發出來的通知，如故障、警告、 操作說明提示等 新式的數位化人機人機介面，能夠即時 監控得知工作現況的數值化與圖形化展 現，更可藉由網際網路傳送即時資料 新式的數位化人機人機介面，能夠即時 監控得知工作現況的數值化與圖形化展 現，更可藉由網際網路傳送即時資料 好的人機介面會有效率的幫助使用者更 簡單、更正確、更迅速的操作機械，也 能使機械發揮最大的效能並延長使用壽 命 好的人機介面會有效率的幫助使用者更 簡單、更正確、更迅速的操作機械，也 能使機械發揮最大的效能並延長使用壽 命 我國成功大學醫學系神經科林宙晴教授 已研究出用腦波控制開關，未來可能發 展出以腦電波控制的機器手臂，只要意 識清楚的人，就可以靠自我的「念力」 控制外在的工具，做出自己想要做的動 作 我國成功大學醫學系神經科林宙晴教授 已研究出用腦波控制開關，未來可能發 展出以腦電波控制的機器手臂，只要意 識清楚的人，就可以靠自我的「念力」 控制外在的工具，做出自己想要做的動 作

36 雷射投影體感虛擬介面應用