乐高EV3与轧制过程智能化模拟装置的研制

朱前勇 白国新 翟鑫华 于漫子 曹艺 辽宁科技学院

2017 年人工智能正式成为国家的战略发展方向，十九大人工智能正式写进了报告，我们相信人工智能将成为我国乃至于世界经济发展的重要引擎。

随着机器人走进医院、工厂、银行，意味着未来的世界是人工智能的世界，将改变人类的生活。目前在我国，许多高等院校已经相继开设了机器人专业，人工智能的早期教育也开始从娃娃抓起，小学开设编程初级课程，这将使我国在未来的国际社会上处于科技领先的地位。

但是，现在大学里的非机器人专业来说，很难接受到这方面普及教育。因此，我们尝试着将乐高的EV3智能套装与专业知识相结合，通过乐高的零件组合和编程，来完成工艺过程的智能化。一方面促进课程改革，让授课方式更加多样化，促进授课效果，并且配合学校的转型要求。另一方面让普通的大学生在校就开始接触机器人，增加对人工智能的了解。下面就乐高EV3套装和轧制过程做一下详细的介绍。

EV3是2013年LEGO公司开发的第三代MINDSTORMS机器人。套装里包含主控EV3,同时还包括伺服电机三个及多种传感器（触碰、超声波、颜色、陀螺仪等），并且包含大量的机械零件，可以进行多种组装，以满足不同的教学要求。目前，在欧美等国的教育当中EV3早已走入课堂，成为教学的辅助教具的重要一部分了。而我国也有部分的高校用它作为实验室的实验设备，在不断的研发新工艺，为我国的科技发展贡献力量。用乐高搭建的生产流水线，可以模拟生产过程，因为可以进行拆卸和组装，所以具有灵活性大、投资小、环保无污染等特点。

轧制过程是生产钢铁及有色材料的主要工艺，目前包含冷轧工艺、热轧工艺。而用来真正生产的轧机则是个庞大的机械设备系统，如图1.所示。车间可长达几百米，而在材料工程专业及冶金研究所内使用的轧机也非常庞大，由于其结构复杂，维护困难，对操作人员水平要求较高等问题，只适合于少部分教师及学生使用。

图1. 实验室用单机架轧机

通过实验室用轧制过程智能化模拟装置的研制，可以利用伺服电机及相应的机械零件的组合完成单机架往复轧制到多机架的连续轧制，同时满足冷轧和热轧板带材生产工艺的需要，最重要的是利用四种传感器和主控EV3来完成轧制过程的智能化控制。目前，国内还没有适用于实验室条件下将机器人的智能化和轧制过程相结合的简单、体积小、设计灵活的模拟装置，不但适合与课程紧密结合提高教学效果，同时也可作为集中模拟实训，该轧制过程智能化模拟装置的研制具有创新性。

图2.为乐高EV3搭建的单机架可逆式二辊粗轧机，并在上面安装了超声波和触碰传感器用来控制轧辊和机架前后辊道的运行方向，通过较为复杂的程序编写，可以在运行后充分满足课堂上的教学需要。

图2. 智能化模拟装置

该智能化模拟装置已经较好的与理论教学相结合，学生们通过对零件的不同组装还能模拟其它轧制工艺，既加深了理论学习的效果，又锻炼了学生动手能力和解决问题的能力。希望在今后的教学中，我们能广开思路充分利用先进的电子产品为教学服务，让我们国家在未来的人工智能时代处于世界领先地位。

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