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(xué)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(jìn)了報(bào)告，我們相信人工智能將成為我國乃至于世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎。

隨著機(jī)器人走進(jìn)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?nèi)祟惖纳睢Ｄ壳霸谖覈S多高等院校已經(jīng)相繼開設(shè)了機(jī)器人專業(yè)，人工智能的早期教育也開始從娃娃抓起，小學(xué)開設(shè)編程初級(jí)課程，這將使我國在未來的國際社會(huì)上處于科技領(lǐng)先的地位。

但是，現(xiàn)在大學(xué)里的非機(jī)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(shí)相結(jié)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(jìn)課程改革，讓授課方式更加多樣化，促進(jìn)授課效果，并且配合學(xué)校的轉(zhuǎn)型要求。另一方面讓普通的大學(xué)生在校就開始接觸機(jī)器人，增加對(duì)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(xì)的介紹。

EV3是2013年LEGO公司開發(fā)的第三代MINDSTORMS機(jī)器人。套裝里包含主控EV3,同時(shí)還包括伺服電機(jī)三個(gè)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(jī)械零件，可以進(jìn)行多種組裝，以滿足不同的教學(xué)要求。目前，在歐美等國的教育當(dāng)中EV3早已走入課堂，成為教學(xué)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(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在不斷的研發(fā)新工藝，為我國的科技發(fā)展貢獻(xiàn)力量。用樂高搭建的生產(chǎn)流水線，可以模擬生產(chǎn)過程，因?yàn)榭梢赃M(jìn)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(diǎn)。

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(jī)則是個(gè)龐大的機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)，如圖1.所示。車間可長達(dá)幾百米，而在材料工程專業(yè)及冶金研究所內(nèi)使用的軋機(jī)也非常龐大，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，對(duì)操作人員水平要求較高等問題，只適合于少部分教師及學(xué)生使用。

圖1. 實(shí)驗(yàn)室用單機(jī)架軋機(jī)

通過實(shí)驗(yàn)室用軋制過程智能化模擬裝置的研制，可以利用伺服電機(jī)及相應(yīng)的機(jī)械零件的組合完成單機(jī)架往復(fù)軋制到多機(jī)架的連續(xù)軋制，同時(shí)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(nèi)還沒有適用于實(shí)驗(yàn)室條件下將機(jī)器人的智能化和軋制過程相結(jié)合的簡單、體積小、設(shè)計(jì)靈活的模擬裝置，不但適合與課程緊密結(jié)合提高教學(xué)效果，同時(shí)也可作為集中模擬實(shí)訓(xùn)，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(jī)架可逆式二輥粗軋機(jī)，并在上面安裝了超聲波和觸碰傳感器用來控制軋輥和機(jī)架前后輥道的運(yùn)行方向，通過較為復(fù)雜的程序編寫，可以在運(yùn)行后充分滿足課堂上的教學(xué)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(xué)相結(jié)合，學(xué)生們通過對(duì)零件的不同組裝還能模擬其它軋制工藝，既加深了理論學(xué)習(xí)的效果，又鍛煉了學(xué)生動(dòng)手能力和解決問題的能力。希望在今后的教學(xué)中，我們能廣開思路充分利用先進(jìn)的電子產(chǎn)品為教學(xué)服務(wù)，讓我們國家在未來的人工智能時(shí)代處于世界領(lǐng)先地位。

[1]彭艷,牛山.板帶軋機(jī)板形控制性能評(píng)價(jià)方法綜述[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2017,53(06):26-44.

[2]白振華,宋和川,錢承,劉亞星,杜江城,華長春.二次冷軋?jiān)O(shè)備及工藝研究進(jìn)展[J].塑性工程學(xué)報(bào),2016,23(06):87-93.