← 專案持續維護2019–2020科技物理
航太教育・科學週
無人機設計與製作
南崁離機場這麼近，能玩無人機嗎？從自己做一台手機遙控的迷你四軸開始，學空氣動力學、飛控與法規，再拿教育用空拍機做飛行訓練、寫程式完成任務。2019 年南崁高中科學週的一日營隊。
- 1 天上午做出來，下午飛起來
- 4 顆槳兩兩反轉，靠轉速差控制一切
- 2 種機自己做的迷你四軸、教育用空拍機
- 2019南崁高中科學週
2019 年 4 月在物理實驗室試飛自己做的迷你四軸，用手機遙控。
自己做的四軸
電路板就是機身
一片電路板當機身，四個角裝上小小的空心杯馬達和螺旋槳。用手機連上 Wi-Fi，就能控制它飛起來。
無人機為什麼能飛
我家的電扇往下吹
為什麼飛不起來
電扇也會把空氣往前推，空氣也會反推電扇，只是這個力遠小於電扇自己的重量。而且電扇只有一組扇葉，轉起來時，整台電扇會被反方向扭轉。
無人機用四顆又輕又快的螺旋槳，把空氣往下推；空氣的反作用力把無人機往上推。四顆槳兩兩反轉，扭轉的力互相抵消，機身才能穩穩地停在空中。
- 作用力與反作用力槳把空氣往下推，空氣把無人機往上推。
- 推力與轉速螺旋槳的推力跟轉速的平方成正比，轉快一點，推力就多很多。
- 反作用力矩每顆槳都會讓機身往反方向轉，所以要兩顆順時針、兩顆逆時針。
自己控制看看
四顆馬達
怎麼做出所有動作
推油門讓它起飛，按「停懸」讓推力剛好等於重量；再按住前進、左右或轉向，看四顆馬達的轉速怎麼變。
推力用「跟轉速平方成正比」計算；馬達排列是常見的 X 型（右前、左後逆時針，左前、右後順時針）。傾斜後自動回正是飛控在做的事，這裡簡化成跟著力矩變化。數字只是比例，不是某一台無人機的實際參數。
南崁離機場這麼近
能玩無人機嗎
南崁高中離桃園機場很近，機場周邊是禁止施放無人機的區域。2020 年 3 月 31 日起，台灣的遙控無人機有了專門的法規：哪裡能飛、多重的機型要註冊、要不要考操作證，都有規定。
營隊上午專門用一段時間講法規、考照和未來發展：學會飛，也要學會合法、安全地飛。
- 為什麼是航太教育？ 桃園正在發展航空城，南崁高中的位置和航空產業關係緊密。用無人機當素材，把物理、生活科技和在地產業連在一起。
上午的實作
一台迷你四軸的材料
- 1ESP32 開發板
有 Wi-Fi 的微控制器，接收手機的指令、控制四顆馬達。
- 2720 空心杯馬達
直徑 7 mm、長 20 mm，3.7 V 時每分鐘約 5 萬轉。
- 3螺旋槳
正槳、反槳各一半，對角裝同一種。
- 4鋰電池 300 mAh
又小又輕，3.7 V。
- 5多孔充電器
一次充好幾顆電池，營隊才來得及輪流飛。
2019 南崁高中科學週
上午做出來
下午飛起來
- 01
上午
群飛展示
會飛的機器人：先看好幾架無人機一起飛。
- 02
上午
空氣動力學
無人機為什麼能飛、為什麼要兩兩反轉。
- 03
上午
DIY 迷你四軸
自己組裝一台迷你四軸。
- 04
上午
飛控、電調與馬達
認識飛行控制板、電子調速器、馬達與遙控系統。
- 05
上午
怎麼選無人機
光流定位、氣壓定高、六軸陀螺儀，看懂規格，現場展示不同功能的機型。
- 06
上午
迷你四軸飛行訓練
用手機遙控自己做的四軸。
- 07
上午
法規與考照
哪裡能飛、要不要考操作證、怎麼準備。
- 08
上午
程式控制
用 Arduino 寫程式控制飛行。
- 09
下午
飛行訓練
到活動中心，用教育用空拍機練習：飛行前檢查、定高、定點起降、姿態控制、四面停懸。
- 10
下午
飛行任務競賽
分組寫程式、下指令，讓無人機完成關卡任務。
一路走來
從一台迷你四軸開始
2019.04科學職人訓練班
第一台迷你四軸
在物理實驗室試飛自己做的迷你四軸，用手機遙控。
2019.10營隊備課
飛行練習
為營隊練習操控，在實驗室裡定點停懸。
2019.11教師研習
老師們先飛
邀請大學的自造團隊，帶學校的老師體驗用程式控制小型空拍機。
2019.11科學週營隊
無人機設計與製作
上午自己做迷你四軸，下午飛行訓練與任務競賽。
2020.02兩天營隊
無人機自己做！寫程式玩飛機
擴充成兩天：第一天 DIY 迷你四軸與初階飛行，第二天用教育用無人機寫程式、完成飛行任務。
飛行訓練
練習
再練習
營隊前的練習
在實驗室裡練習操控迷你四軸。
活動中心的飛行訓練
分組輪流起飛、停懸、降落。
學生會學到什麼
做完之後會知道
- 作用力與反作用力。槳把空氣往下推，空氣把無人機往上推。
- 力矩。兩兩反轉的槳抵消扭轉；改變轉速差，就能轉向。
- 力的分解。機身傾斜，推力有一部分變成往前的力。
- 程式控制。用 Arduino 與手機遙控馬達，用指令讓無人機完成任務。
- 法規與安全。哪裡能飛、怎麼合法地飛。
相簿
營隊的一天
專注地操控
教育用的小型空拍機
活動中心裡的定點停懸
自己做的迷你四軸
想在學校辦一場無人機營隊
學校、老師或單位想合作無人機課程或營隊，歡迎來信。
遙控帆船另一種遙控載具：遙控帆船
小獅王學習機也是用 ESP32：小獅王學習機
OTTO 機器人會走路的機器人：OTTO