樂高EV3與軋制過程智能化模擬裝置的研制

朱前勇 白國新 翟鑫華 于漫子 曹藝 遼寧科技學院

2017 年人工智能正式成為國家的戰(zhàn)略發(fā)展方向，十九大人工智能正式寫進了報告，我們相信人工智能將成為我國乃至于世界經(jīng)濟發(fā)展的重要引擎。

隨著機器人走進醫(yī)院、工廠、銀行，意味著未來的世界是人工智能的世界，將改變人類的生活。目前在我國，許多高等院校已經(jīng)相繼開設了機器人專業(yè)，人工智能的早期教育也開始從娃娃抓起，小學開設編程初級課程，這將使我國在未來的國際社會上處于科技領先的地位。

但是，現(xiàn)在大學里的非機器人專業(yè)來說，很難接受到這方面普及教育。因此，我們嘗試著將樂高的EV3智能套裝與專業(yè)知識相結合，通過樂高的零件組合和編程，來完成工藝過程的智能化。一方面促進課程改革，讓授課方式更加多樣化，促進授課效果，并且配合學校的轉型要求。另一方面讓普通的大學生在校就開始接觸機器人，增加對人工智能的了解。下面就樂高EV3套裝和軋制過程做一下詳細的介紹。

EV3是2013年LEGO公司開發(fā)的第三代MINDSTORMS機器人。套裝里包含主控EV3,同時還包括伺服電機三個及多種傳感器（觸碰、超聲波、顏色、陀螺儀等），并且包含大量的機械零件，可以進行多種組裝，以滿足不同的教學要求。目前，在歐美等國的教育當中EV3早已走入課堂，成為教學的輔助教具的重要一部分了。而我國也有部分的高校用它作為實驗室的實驗設備，在不斷的研發(fā)新工藝，為我國的科技發(fā)展貢獻力量。用樂高搭建的生產(chǎn)流水線，可以模擬生產(chǎn)過程，因為可以進行拆卸和組裝，所以具有靈活性大、投資小、環(huán)保無污染等特點。

軋制過程是生產(chǎn)鋼鐵及有色材料的主要工藝，目前包含冷軋工藝、熱軋工藝。而用來真正生產(chǎn)的軋機則是個龐大的機械設備系統(tǒng)，如圖1.所示。車間可長達幾百米，而在材料工程專業(yè)及冶金研究所內使用的軋機也非常龐大，由于其結構復雜，維護困難，對操作人員水平要求較高等問題，只適合于少部分教師及學生使用。

圖1. 實驗室用單機架軋機

通過實驗室用軋制過程智能化模擬裝置的研制，可以利用伺服電機及相應的機械零件的組合完成單機架往復軋制到多機架的連續(xù)軋制，同時滿足冷軋和熱軋板帶材生產(chǎn)工藝的需要，最重要的是利用四種傳感器和主控EV3來完成軋制過程的智能化控制。目前，國內還沒有適用于實驗室條件下將機器人的智能化和軋制過程相結合的簡單、體積小、設計靈活的模擬裝置，不但適合與課程緊密結合提高教學效果，同時也可作為集中模擬實訓，該軋制過程智能化模擬裝置的研制具有創(chuàng)新性。

圖2.為樂高EV3搭建的單機架可逆式二輥粗軋機，并在上面安裝了超聲波和觸碰傳感器用來控制軋輥和機架前后輥道的運行方向，通過較為復雜的程序編寫，可以在運行后充分滿足課堂上的教學需要。

圖2. 智能化模擬裝置

該智能化模擬裝置已經(jīng)較好的與理論教學相結合，學生們通過對零件的不同組裝還能模擬其它軋制工藝，既加深了理論學習的效果，又鍛煉了學生動手能力和解決問題的能力。希望在今后的教學中，我們能廣開思路充分利用先進的電子產(chǎn)品為教學服務，讓我們國家在未來的人工智能時代處于世界領先地位。

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