機電工程學系

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系所沿革

為迎合產業機電整合人才之需求,本校於民國 91年成立機電科技研究所,招收碩士班學生;隨後並於民國93年設立大學部,系所整合為「機電科技學系」,更於101學年度起招收博士班學生。103學年度本系更名為「機電工程學系」,本系所之發展方向與目標,係配合國家政策、產業需求與技術發展趨勢而制定。本系規劃專業領域包含「精密機械」及「光機電整合」 為兩大核心領域, 使學生不但學有專精,並具跨領域的知識,期能強化學生之應變能力,以適應多元變化的明日社會。

教學目標主要希望教導學生機電工程相關之基本原理與實務應用的專業知能,並訓練學生如何運用工具進行設計、執行、實作與驗證各項實驗,以培養解決機電工程上各種問題所需要的獨立思考與創新能力。

基於建立系統性的機電工程整合教學與研究目標,本系學士班及研究所之教育目標如下:

一、學士班

1.培育具備理論與實作能力之機電工程人才。

2.培育符合產業需求或教育專業之機電工程人才。

3.培育具備人文素養、專業倫理及終身學習能力之機電工程人才。

二、研究所

1.培育具備機電工程整合實務能力之專業工程師或研發人才。

2.培育機電工程相關研究創新與產業應用之專業工程師或研發人才。

3.培育具備人文素養、專業倫理及終身學習能力之專業工程師或研發人才。

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    IEEE 802.11ah 於地下物聯網之應用
    (2024) 徐瑋廷; Syu, Wei-Ting
    近年來物聯網領域發展蓬勃,許多監控案例中需要使用人工紀錄及分析的傳統方法逐漸被感測器及物聯網取代,諸如降雨量、空氣品質、紫外線指數等等,皆已使用感測器加上物聯網的方式自動化收集資料。地下管線作為智慧城市中與人們生活息息相關的一部份也理所當然地引入了物聯網的監控概念,但在實際應用中大家發現有兩大痛點導致地下管線物聯網的監控成效不佳,其一為功耗問題,在地下管線中無法使用如太陽能板的方式為裝置補充電力,因此在僅使用電池供電的情況下低功耗電路設計尤其重要。其二為訊號傳輸問題,裝置於地下封閉環境中,且有鑄鐵人孔蓋的覆蓋,導致無線訊號無法有效傳出,資料妥善率不容易達標。基於以上兩點,本研究將使用IEEE 802.11ah的技術應用於地下物聯網中,解決電力問題以及訊號傳輸問題這兩大痛點。本研究使用的IEEE 802.11ah(WiFi HaLow)為IEEE標準協會制定之基於Sub 1GHz免授權頻段的一種無線網路標準,旨在提供一種低功耗、長距離的無線區域網。本研究的實驗結果顯示透過低功耗設計與IEEE 802.11ah的特性,本研究成功將電池壽命提高到現行方案的8至10倍,顯著減少了電池更換的頻率,降低了系統運維成本。訊號傳輸穩定性方面實驗證實IEEE 802.11ah在鑄鐵人孔蓋覆蓋下的訊號強度達到-80dbm以上,滿足地下物聯網的需求,配合本研究所設計的傳輸流程,使資料完整性高於99%,確保關鍵監控數據的可靠性,特別是在訊號受阻的地下環境中表現優異。最後本研究基於時間空間資料庫的概念,開發了一套使用者友好的數據分析平台,能夠提供即時的資料視覺化與歷史趨勢分析,協助使用者進行決策,如淤積趨勢監測及異常事件判斷。
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    物聯網應用於山坡影像與水位監測系統之架構開發
    (2024) 楊庭諺; Yang, Ting-Yen
    智慧物聯網監測系統在當今日益數字化的環境中扮演著至關重要的角色。本研究旨在開發一種穩定的智慧物聯網監測系統架構,以應對不斷變化的監測需求,提高監測效率和自動化能力。本研究的目標是建立一個高度彈性、可擴展且安全可靠的系統,能夠整合先進的感測技術和數據處理算法,實現對山坡影像與水位監測資料的高效收集、儲存和分析。為了達到這一目標,本研究使用樹莓派作為伺服器,實現伺服器的輕量化,同時感測器端,研究ESP32減少電量消耗,,並且在系統繁忙時以Line Notify即時通報管理者,減少管理者平時用於監測系統消耗的時間成本。本研究的研究方法根據不同案例需求分析選擇出的適合系統架構。在架構設計的基礎上,本研究將選擇和改善適用於不同場景的感測技術和數據處理算法,以實現系統的高效運作。同時,本研究還將實施完善的安全機制,確保系統的數據安全性和隱私性,並設計便利的應用,視覺化呈現資料給使用者。 預期的成果包括實作一種智慧物聯網監測系統架構,具有高度彈性、可擴展性和自動化能力,並實際應用於山坡影像與水位監測。這一研究期望能實現為智慧監測系統的發展和應用提供重要的技術支持,促進物聯網技術在各個領域的更廣泛應用和深度融合。
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    設計與實現差動型輪型移動機器人之機器人控制系統
    (2023) 鍾秉剛; Jhong, Bing-Gang
    本論文改良機器人控制系統中的演算法,主題涵蓋機器人的運動規劃、定位與控制器設計,藉此提升控制系統的運作效率。在運動規劃領域,我們探討或提出對雙向快速探索隨機樹(BRRT)演算法、A*演算法與hybrid A*演算法的改進措施,並且設計剪枝與平滑算法優化路徑品質,最後搭配梯形速度規劃完成運動規劃工作。在定位方面,在使用特徵地圖的場合採用拓展卡曼濾波器,而在網狀地圖使用改良式蒙地卡羅定位法。此改良式蒙地卡羅定位法由本論文提出,藉由重新設計演算法的權重分配與重新採樣的架構提升演算法的搜尋效率。而在控制器設計方面,我們提出了一種自適應控制器,旨在最小化機器人的預定狀態和當前狀態之間的追蹤誤差。透過我們的機器人控制系統,機器人可以順利地從目前位置導航到指定目標。該系統的性能透過模擬和實驗結果的結合得到證實。
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    奈米碳材/陶瓷顆粒複合散熱材料應用於電子元件的開發與研究
    (2024) 鄭嘉; Cheng, Chia
    隨著AI伺服器、5G通訊和高功率晶片的發展,其運作時所產生的廢熱越來越多,散熱方面的熱管理(Thermal management)問題已成為重要的議題。電子元件是透過熱傳導、熱對流和熱輻射三種方式進行散熱,在元件追求輕薄短小的趨勢下,無風扇的散熱系統已經逐漸受到重視,在沒有風扇的主動散熱狀況下,依靠熱傳導的熱界面材料和熱輻射的散熱塗料就變得非常重要。本研究主要是以CO2超臨界剝離法製備石墨烯薄片(Graphene flakes, GNFs),並利用大氣電漿改質技術對奈米碳材(GNFs、多壁奈米碳管(MWCNTs))和球型氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)顆粒等填充物進行改質,在填料表面嫁接上官能基,使填料與膠體基質之間結合的更緊密,進行熱界面材料(Thermal interface material, TIM)以及散熱塗料(Heat dissipation coating)的開發。  熱界面材料的研究是利用大氣電漿改質後的奈米碳材和球型AlN顆粒,混摻至市售導熱膏(Base-TIM)製備出複合奈米碳材熱界面材料(HA-TIM)以提升導熱性能。此HA-TIM以不同比例之AlN、GNFs以及MWCNTs作為填充物,期望以複合材料的方式在導熱膠材內部建立協同效應,進而使所製備的HA-TIM能有更好的熱傳導效果。最後,將熱界面材料應用於散熱設備上,以模擬CPU運作時的散熱狀況。實驗結果顯示以1 wt% GNFs以及1 wt% MWCNTs添加於Base-TIM中所製備出的HA-TIM具最佳的散熱性能。在50 W、100 W和150 W的加熱功率下,HA-TIM的降溫溫度比Base-TIM的降溫溫度分別更低了1.1 ℃、3.2 ℃和6.3 ℃,證實奈米碳材與球型AlN陶瓷顆粒的添加能夠提升降溫效果,使HA-TIM能夠實際應用於電子產品的散熱系統中。  奈米碳材散熱塗料的研究是以水性環氧樹脂作為高分子基質,製備出兼具低揮發性、環保且具高散熱性能需求的散熱塗料。此塗料是利用奈米碳材和Al2O3顆粒作為填充物,亦添加0.05 wt%磺基琥珀酸1,4-二己酯鈉鹽(SDSS)與1 wt%四丁基氯化銨(PDDA)兩種混合的界面活性劑作為石墨烯懸浮液的分散劑,以提升奈米碳材在水性環氧樹脂中的分散性,期望充份分散的填充物能發揮協同效應而產生優越的散熱性能。實驗結果顯示以30 wt% Al2O3、2 wt% GNFs以及2 wt% MWCNTs添加於水性環氧樹脂中所製備出的散熱塗料,其熱輻射係數可達到0.96。在10 W的加熱功率下,無添加界面活性劑的奈米碳材散熱塗料可使銅基板降溫11.9 ℃,而有界面活性劑的奈米碳材散熱塗料則可降溫17.8 ℃,證實添加界面活性劑的塗料,可提升5.9 ℃的散熱效果。實際應用於15 W LED的散熱測試,則可以達到21.3 ℃的散熱表現。證實本研究開發之奈米碳材散熱塗料,能有效地應用於電子元件的散熱領域。