█ 在教與學之間成長－FRC機器人輔導團隊
文 、 圖 ◎ 大三張益嘉
█ 冒險的提案
2018年的寒假，有同學邀請我一起組成讀書會，希望在學習機械知識的過程中可以有一群夥伴，相互砥礪與成長，因為他說在過完一個學期的機械系生活後，似乎沒有什麼改變，對機械也十分的陌生。
我答應了一半，也拒絕了一半。我覺得都讓一群同學們聚在一起了，為什麼不做一點有趣的事呢？
那時的我想得很簡單，我想做機器人，也想到一個可能的機會，也就是到北一女的機器人研究社去幫忙，他們正在挑戰一個對大學生來說也不簡單的機器人競賽，FRC，而我們身為機械系的大學生，應該可以幫得上他們，也可以從中得到機械工程實務的機會。也許，這是一個創造雙邊互利的好機會！
一時衝動的我，就向北一女的老師提出了這樣的想法，沒想到老師很樂意地答應了我們，也邀請我們到學校的實驗室去參觀、了解更細節的事情，並開始成立團隊、規劃後續的方向與計畫。
█ FRC競賽 一個學習的大好機會
FRC全名為First Robotic Competition，是美國First公司舉辦給全球高中生的機器人競賽。這個競賽最初抓住我的眼睛的是整個競賽的尺度，競賽場地接近一個籃球場大小，機器人的尺寸約為65*65*120cm，而且其競賽中的任務相當多元，從抓取、放置、升降、射擊球、飛盤，到影像辨識、自動導航，有相當多的技術是值得學習與發展，更別提藏在這些機器人後面的發想、設計、模擬、製造、組裝、調教的過程，也是機械領域相當重要的內容。
但當我更深入地認識FRC競賽後，才發現FRC背後藏著一個龐大的教育資源與文化，這才是最吸引我的地方。FRC提倡互助與共享資源，除了在競賽現場的氣氛，彼此借用工具、幫忙維修、交流技術，到網路上的教學資源、影片、CAD圖檔、Code的釋出，都要求實力強的隊伍要以某種方式幫助剛入門的隊伍。FRC也不只是「機器人比賽」，同時也要求各個團隊自力更生，尋求資金贊助以支持工程耗材支出，當然，經營一個大型工程團隊也不再只是工程專業，也包含了團隊經營與規劃。
█ 自我精進與尋求合作共識
在和北一女的老師討論之後，我們開始尋找「真的可以幫得上高中生的方法」，並且開始學習製作機器人，累積自己的製作實力。
我們在大一下學期嘗試舉辦了一個知識的交流分享會，由大學生準備機械相關的知識技術，例如：工程圖學、馬達的特性、連桿機構、加工機具的操作……等等的內容，分享給高中生，希望這些知識是可以幫得上他們製作機器人的。
█ 2018年4月的分享會–工程圖學教學
我們也花了四個月的時間，去學習、練習如何和團隊一起製作一台機器人，從熟悉FRC的題目、規格品、北市的金屬材料零售業者，到規劃機器人製作進度、團隊的專案分工，在工廠嘗試零件加工與組裝，累積加工流程的規畫經驗，因著這個要作出一台機器人的念頭，我們在工廠度過好幾個炎熱的午後，即使有時因為缺乏經驗而毫無產出，但夥伴們還是彼此鼓勵，當看到設計圖中的機器人漸漸變成實體，似乎過去的辛苦也都值得了！
█ 機器人製作成果-E robot
在第一個學期，我們舉辦了分享會，也花了很多時間熟悉製作機器人的相關資源與技能，當時的我們問了自己，我們到底做到了什麼？又幫了高中生什麼了嗎？
在分享會之後，雖然高中生覺得這些知識很有趣，但他們給的回饋讓我們發現某些書本的知識似乎不是他們最需要的東西，「這些知識好像都很厲害，但我就是不知道怎麼用在我們做機器人的過程中」。
而我們在製作機器人的過程中也發現，也許我們花最多時間的地方不是動力學、材料力學、機動學的分析與模擬，而是認識規格品、操作繪圖軟體、確認不要干涉、可以組裝，而且加工製造得出來，甚至是「要怎麼妥當地做好這些事情」、「遇到加工困難、機台操作問題該怎麼排除」這些極其細節、方法論的事情。
我發現我們還是缺少太多東西了。
經過這樣的思考，我們在大二上學期規劃了一個目標：改善製作機器人的流程，我們嘗試思考自己在設計機器人的過程中到底做了什麼？沒做什麼？花太多時間在哪些地方？我們重新整理了設計流程應該做哪些事、要做到什麼程度……並參照著這樣的SOP流程嘗試製作了一個新的機構，並且發展了利用雷切與密集板快速製作prototype的策略，希望藉此減少設計上的錯誤並快速找出關鍵尺寸、最有利的設計方法。
█ Prototype製造與測試
█ CNC實作 – 齒輪箱
█ 服務的成果與價值
很多時候我們會很愧疚地問自己，這樣子過了一年，到底幫上北一女什麼忙？我們花了這麼多時間，光讓自己成長都來不及了，要怎麼幫上高中生？
在寒假剛開始的時候，也是FRC2019賽季的製作期，我們嘗試扮演國外大學生在FRC競賽中擔任的角色：在五天之中製作出一台機器人，讓高中生有一些範本可以參考去製作機器人。經過一年的學習，要在五天之中作出機器人實在不簡單，雖然最終失敗，但我們還是產出了一些零星的機構，是可以讓高中生做為參考的。
說幫不上高中生還有另一個困難點，是不知道以何種身分、用什麼合適的方式幫忙他們，我們既不是他們的學長姊，而高中社團也有其自主性，過度地介入也不是一件好事。所以在高中生實際製作的期間，我們並沒能幫上忙。
過了一個月的製作期，結果卻是大開眼界的！當初留下一部分滑軌的零組件，在一個月後竟然變成了一組運作順暢的升降機構！而當初大一下學期製作的機器人底盤，也以某種方式呈現在他們參與比賽的機器人上！
雖然無法知道這樣的變化到底是源於哪裡？但我相信我們還是有幫上忙的。我自己覺得設計機械是某種組合與創造，如何在有限的加工機具、有限的零件中，排列組合出適當的機構設計是不簡單的一件事，就算在參考別人設計的情況下也是，要怎麼用自己的機台、自己可以取得的零件，做出別人做過的東西，同樣也是不簡單的一件事。
這也許就是我們可以幫得上忙的地方之一，用我們的知識、技能、時間去嘗試高中生還沒做過的東西，將這些設計化為實體與相應的加工方法呈現在高中生眼前，讓他們相信在這裡，他也可以作得出這些東西！
█ 寒假密集製作成果 - 升降機構模型
█ 富邦聯隊的經營與培訓
在今年年初，北一女的老師與我們討論，是否要接受富邦文教基金會的計畫，以北一女機研社作為基地，用組成一個新的FRC隊伍的方式來推廣工程教育，並藉此讓隊伍中的學員做生涯探索、發展其自身對工程的興趣。當時我們因為想要實際地帶領高中生製作機器人，而且也想藉這樣的機會到國外親身體驗FRC的賽事現場，體會國外在工程教育活動上的氛圍，我們接下了這樣的挑戰——要經營一個18人的隊伍，並帶著他們參與FRC 2020的國際區域賽。
富邦聯隊的培訓從七月中的周末開始，我們設計一系列的課程，讓學員漸漸地踏入製造機器人的世界：在學習過基礎的CAD繪圖之後，我們設計了一天的設計挑戰，讓學員練習以雷切的方式快速地製作模型以達成任務，這同時也是一個很好的設計與繪圖練習。
接下來的課程則以實作為主，以參與八月下旬在中科舉辦的台灣季後賽為目標，在一個月的密集工作之中，設計並製造出屬於學員的機器人。實作的課程相當耗費教學的人力，除了在設計的階段需要將學員天馬行空的想法收斂回「可製造、可執行」的設計之外，加工製造也是讓學員親自操作的，學員要在我們教學之後、我們監督之中操作機具完成加工，這遠比我們自己操作來得緩慢，但對學員才是最真實的學習與體驗。
在教學的過程中，學員常常會丟出天馬行空的想法，要有理由地拒絕他們的提案其實也相當考驗我們設計製造的能力與經驗：什麼是做得到的？什麼做不到？這樣的設計會不會有什麼問題？又或者是不是有其他替代方案，在這段教學的過程中，也十分刺激我們的思考與想像。又有些時候，學生在某些領域走得比我們還快，雖然會有一種被超越而無力幫助他們的感覺，但另一方面也因此而獲得不同領域的刺激，讓我們也能從學員身上學到東西。
雖說FRC競賽中機器人很重要，但跟機器人無關的事情也很重要！例如在團隊進度的規劃上、Driver(機器人遙控手)的培訓上、團隊的經營與分工上……這些都是在機械之外，需要讓學員學習的事情。我覺得這些事情對我們大學生而言也也是一件值得學習的事，也許平常在校園中可以依照自己習慣的方式運作，但今天要帶領學員進行，勢必得先在內心將自己平時的習慣給具體化、明確化，才能讓學員有所依循。我們甚至得轉換自己的角色，從團隊的一員轉換成一個團隊的引導者，練習引導討論，讓團隊可以因此而朝正確的方向前進。
█ 富邦聯隊暑期實作課程
█ 2019 FRC台灣季後賽
在一個月的密集製造之後，學員的機器人完成了，中途雖然經過很多改版，最終製造出來的機器人也不見得具備多重功能，甚至因為某些功能不夠穩定而含淚拆除，但在學員努力調教程式參數、加強支撐結構、熟悉遙控手感之後，我們還算是有了一台功能陽春，但輸出穩定的機器人。
在季後賽現場，也需要完善的團隊合作才能打一場漂亮的比賽。我們將團隊分成四大組別，有負責機器人檢修的維修組、觀察其他隊伍特性並安排策略的觀賽組、呈現團隊製作成果的評審組，以及實際操控機器人上場競賽的Driver team，每一個人都需要相互的配合，團隊才能發揮出最好的一面。
做為指導學員的角色，我們先是建立了一套各組要執行的任務制度，然後帶學員去熟悉這樣的任務運作，在比賽現場，我們隨時跟學員討論現在任務運作得如何，並且給予建議與看法，讓學員可以檢討並改進。我們發現在比賽的當下，所有學員都很認真地投入，維修組展現出如F1賽車維修區一樣的秩序與效率、觀賽組相當認真地彙整資料並提供戰況資訊給Driver team、評審組相當認真地將團隊的成果介紹給評審、Driver team也不斷地修正策略並且調整心態好在比賽中能穩定地表現，能看到學員這麼投入，我們也相當的欣慰。
而季後賽之中也不是只有準備比賽與上場比賽，在比賽的間隔之中，我們常常去找不同的隊伍交流與討論，觀察別人機器人的製作，好奇別人是如何經營團隊、分工合作，也觀摩許多比較厲害的隊伍，參考他們的製作流程、設計的巧思，做為自我精進的方法。
而我個人比較好奇的則是這些不同隊伍的背後，到底是怎麼找到足夠的資源以支持這些隊伍參與競賽的，無論是技術、機具、場地、經費、教學人力……等等。在和一些隊伍聊天之後，發現除了少數學校之外，大多數的學校都還在四處摸索、建立制度與累積機具的階段，鮮少是已經在穩定運作的。我相信未來也可以持續和這些學校交流討論，以推進自己與團隊繼續往前。
現場競賽的第一天，隊伍在競賽中的表現其實並不樂觀，Driver team因為還沒適應比賽節奏，導致許多失誤發生，隊伍的名次也落在排名後段。但經過一天的調適與夜間的策略調整，隔天的表現可以說是漸入佳境，在資格賽結束之後，我們被安康高中與北一女中的聯盟選中，接下來的合作也相當順利，三個隊伍間彼此合作，一路過關斬將打進決賽，在強勁對手的壓力之下，學員們還是努力一搏，其他在場邊觀賽的學員也不害羞的以「聲援」的方式鼓勵場上的Driver，最終因為我方聯盟穩定的表現，也因為對手發生機械故障，導致對方無法取得關鍵的分數，而讓富邦聯隊、北一女中與安康高中的聯盟獲得了最終的勝利，那個當下，誰都掩飾不了那份歡喜與雀躍，真的是太令人興奮了！
經過兩天在中科的季後賽，學員除了帶回聯盟冠軍以及控制創新獎兩項獎項之外，也對FRC的競賽模式更加清楚，我相信他們也對參與這樣的比賽更有信心了。在接下來到明年的題目公布之前，我們還要繼續帶領學員學習，學員還要持續地成長，組織一個運作更加有效率的團隊，希望在明年到澳洲參賽時，也能有像今年一樣的好表現！
█ 季後賽時，聯盟成員的策略會議
█ 富邦聯隊的機器人(9986)與北一女中的機器人(6191)，競賽開始前的合影
█ 富邦聯隊獲獎合影
█ 持續調整與前行
這個機器人輔導團隊經過一年半的經營，我們越來越清楚這個團隊應該怎樣調整與前行，機械工程實作能力、團隊的經營與帶領能力，是我們這個團隊最核心的兩個能力。
機械工程實作能力是我們的基礎，實作的機會也是吸引我們參與投入的動力。我們在這個學期規劃了小組專題製作，由大三成員協助大二成員執行，希望在學期末可以產出一些新的成果，將團隊的技術累積更往前推一步。在實際面對高中生之前，我們需要累積更多的工程能力與經驗，才能有足夠的知能支持我們引導高中生往正確的方向前進。同時，對高中生的幫助也能夠以開發新做法、研究新技術、分享成果，或甚至轉化成課程的方式進行。
而團隊的經營與帶領則是我們要更花心思學習、練習的，從面對富邦聯隊的學員開始，我們便開始感覺到自己的不足，在面對學員的時候，應該採取怎麼樣的做法才能適當地引導他們又不掩沒他們的自主？好多好多兩難的問題都冒了出來，當下也許找不到最佳的方式處理，但在現在準備的期間，我們要持續地討論這些問題，並建立許多讓輔導員可以參考的指引守則，讓團隊可以累積更多教學帶領的經驗，希望未來可以讓輔導的過程更加順利！
我自己認為，教學是學習的最佳檢核，在教與學的循環中成長，除了學識的增長之外，也是一種快樂的分享與收穫的循環！ 
█ B06成員與系上同學於活動後的合影
█ B07成員與其製作的機器人