美国卡耐基梅隆大学机器人系统开发专业
生物柔性机器人的结构设计和原理

生物柔性机器人的结构设计和原理生物柔性机器人是一种结合了生物学和机器人学的新型机器人。
它的特点在于具备与生物体相似的柔韧性和可塑性,能够适应不同的环境和任务。
本文将结合目前研究进展,探讨生物柔性机器人的结构设计和原理。
一、生物柔性机器人的结构设计生物柔性机器人的结构设计,是将生物体的柔性和可塑性这一特点应用在机器人上的过程。
目前,常见的结构设计方式有蠕动效应和气压驱动两类。
1. 蠕动效应蠕动效应是一种利用横向挤压构造机器人移动的机制。
采用皮带或多节柔性杆连接机器人的各个部分,通过主动变形或被动应力传递,实现机器人柔性的变形和移动。
蠕动效应可以实现类似于毛虫或蛇的运动方式,具有良好的适应性和稳定性。
例如,美国密歇根大学的研究团队开发出了一种可重构的多晶纳米胶体材料,该材料可以实现水平和竖直方向的蠕动运动,并且能够修复自身受损。
2. 气压驱动气压驱动是一种利用气压差驱动机器人运动的机制。
采用软性材料或气囊作为机器人的骨架,通过加压和放气的方式控制机器人的变形和运动。
气压驱动的机器人具有优秀的柔性和变形能力,能够适应各种复杂环境和任务。
例如,美国哈佛大学的研究团队开发出了一种基于气压驱动的柔性机器人,可以模拟人类的手臂运动,实现高精度的果实抓取任务。
二、生物柔性机器人的原理生物柔性机器人的原理,是将生物体的生理和生态适应性这一特点应用在机器人上的过程。
目前,常见的原理设计方式有环境感知和自主学习两类。
1. 环境感知环境感知是一种利用传感器和信息处理技术,实现机器人对环境的感知和反应的机制。
通过传感器获取环境信息,再通过信息处理技术分析和判断,使机器人能够智能地适应各种环境和任务。
环境感知可分为外部和内部两种。
外部环境感知是针对机器人周围的环境物理信号,如温度、湿度、压力、光线等。
内部环境感知是针对机器人自身的运行状态,如电量、维修需求、压力变化等。
例如,日本群马大学的研究团队开发出了一种可感知外部压力和形变的柔性机器人手套,可以在不同形状和压力的物体上进行抓取,并进行3D打印。
人和机器谁更厉害

人和机器谁更厉害要让机器人能真正像人一样思考,则不仅需要为其配备类人的“大脑”,与人相近的认知外界的方式也是不可或缺的。
耳聪目明和头脑灵活都是人类拥有良好智力的表现,机器人亦需中枢与终端并重。
深度学习能力是反映机器人智能化程度的重要标志,因而也是当前各大科技公司研发的重点。
通过研究和模拟人类神经网络的结构及运转方式,并将科研成果逐步应用于设计实践,机器人的深度学习能力不断增强,智力日益提高,“思维”变得越来越像人。
不过,要让机器人能真正像人一样思考,则不仅需要为其配备类人的“大脑”,与人相近的认知外界的方式也是不可或缺的。
人类对外界的认知主要来源于五感,即视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉五种感官。
所以目前行业在赋予机器人类人感知时主要分为五个分支。
无论是虚拟机器人还是实体机器人,只要朝着类人的方向发展,都避免不了模仿这五种感官。
只是根据方位和功能的不同,感觉的种类和感知的程度有所不同。
视觉人类所感知的信息有大约90%来自于视觉,相应地,机器视觉在机器人五感中也占有举足轻重的地位。
机器人的“视觉器官”主要有光敏传感器、色敏传感器等。
上个月,美国卡内基梅隆大学工程学院的研究人员开发出一种可以自动识别和分类不同种类的金属3D打印粉末的机器视觉技术,准确率超过95%,有望在5年内普及。
计算机的粉末识别能力实际上比训练有素的人更好。
研究人员认为他们的工作会有助于未来的自主微观结构分析研究。
听觉就人类而言,听觉是继视觉之后接收外界信息的感觉器官。
目前火热的智能语音服务不仅对机器人的语言学习能力提出了很高的要求,对机器人的听力也是一大考验。
声学传感器主要与机器听觉有关。
不满足于iPhone的Siri等软件只能识别语音的功能,美国机器人专家JosephRomano与其合在宾夕法尼亚大学创建了一个名叫ROAR(全称为机器人操作系统的开源音频识别器)的软件工具。
该软件能帮助机器人专家训练机器对更宽泛意义的声音作出反应。
设施选址案例分析

阅读资料:日本汽车厂商在美国的生产蒸蒸日上:第一次超过进口华盛顿报道—一个日本汽车协会宣称,去年是有史以来第一次,日本汽车制造业在美国生产的汽车多于他们运到美国的汽车。
到1994年1月财政年度结束时,超过180万辆汽车是在美国生产的,而日本出口到美国的汽车,根据日本汽车制造协会的统计是150万辆。
“日本汽车公司在美国的投资已超过110亿美元,给美国人提供了300 000个工作机会,成为全美国一股重要的积极的经济力量。
”协会董事长William C. Duncan说。
日本已在美国的压力之下更多地在美国生产汽车,同时雇用更多的美国劳动力和利用美国零件,因为日本对美出口总额达600亿美元,占美国的贸易逆差40%还多。
其中大半来自将日本的汽车或汽车配件卖给美国。
日本汽车在美国生产,使用美国劳动力,这已成为一种趋势。
根据汽车协会的统计,被日本汽车公司雇用的美国工人从1987年的11236人上升到1993年的37435人,已翻了三番。
但是,国际经济学家Steve Beckman先生站在美国工人的立场上指出,日本汽车协会的统计忽略了在日本汽车中美国生产的零部件比例很低。
Beckman说,在美国制造的日本汽车中平均只有50 %a的零部件是美国制造的,而从日本运来的汽车中美国制造的零件几乎为零。
“人们更愿意看到,驻美日本汽车公司制造的汽车有70%的零部件是美国人制造的,”他说。
他预计,日美的贸易不平衡尤其是今年汽车贸易的不平衡将“可能大于以往任何一年。
”他说美国对日本的汽车贸易逆差可能是200亿美元,而汽车零部件的贸易将增加120亿美元的逆差。
日本汽车协会宣称,日本汽车制造商购买的美国汽车零部件在1986年和1993年之间增加了6倍——从24.9亿美元增加到155.4亿美元。
这个协会还说,美国零件供应商的数量在同一同期间大约增长了4倍,在1986年是298家,而1993年3月是1245家。
日本汽车商在美国拥有并经营着七家汽车制造工厂,它们有时为美国汽车生产零部件。
移动机器人——独轮机器人研究综述

下2个用铰链关节连接的部分。由于其轮子很宽大,因此基本不存在侧向平衡的问题。
• 2005年卡内基梅隆大学的研究者Lauwers 等研制与独轮机器人很类似的机器人称为独轮球机器人, 它将独轮机器人的轮子换成的一个可朝任意方向滚动的球 • 2007 年,美国加州大学圣地亚哥分校研制成功一款名为UniBot 的SWR,利用极点配置算法控制上端
2005年卡内基梅隆大学的研究者lauwers等研制与独轮机器人很类似的机器人称为独轮球机器人它将独轮机器人的轮子换成的一个可朝任意方向滚动的球2007年美国加州大学圣地亚哥分校研制成功一款名为unibot的swr利用极点配置算法控制上端的竖直飞轮和下端的一个行走轮成功地实现了自身的平衡2008年日本村田制作所推出了名为村田少女的独轮车机器人该机器人通过转动机器人体内配备的惯性轮保持侧向平衡而前向平衡则通过机器人的车轮来控制难题平衡目前干扰卡尔曼滤波非线性线性化微分几何滑膜控制俯仰横滚航向之间耦合解耦控制静态不稳定动平衡mimo系统角度角速度位置速度反馈动力学建模方法牛顿欧拉法受力分析拉格朗日方程劳斯方程基于能量计算量大凯恩法非完整性系统矢量运算计算量小有递推公式方便计算水平飞轮容易转向竖直飞轮容易平衡陀螺仪结构橄榄球形状球形结构控制策略神经网络反演迭代学习控制中国进展
的竖直飞轮和下端的一个行走轮,成功地实现了自身的平衡
• 2008 年,日本村田制作所推出了名为“村田少女”的独轮车机器人,该机器人通过转动机器人体内 配备的惯性轮保持侧向平衡, 而前向平衡则通过机器人的车轮来控制
难题 -> 平衡(目前)
• 建模复杂
拉格朗日法、凯恩法
• 干扰
卡尔曼滤波
• 欠驱动或不稳定 • 非线性
电气控制结构
参考文献
2015卡耐基梅隆大学机器人学院 ROBOTC(中国)机器人冬令营

2015卡耐基梅隆大学机器人学院ROBOTC(中国)机器人冬令营学校概况卡耐基梅隆大学(Carnegie Mellon University)位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡,由美国著名的工业家兼慈善家、“钢铁大王”安德鲁·卡耐基于1900年创建。
是一所享誉世界的私立顶级研究型大学,全美综合排名23位。
该校机器人学院于1988年成为全球第一所开办机器人博士学位的学府,并始终引领者全世界机器人发展的方向。
机器人学院同时还掌管美国国家机器人工程中心(NREC),是当今世界最大的机器人研发基地。
机器人学院还是NASA航空航天科研任务的主要承制单位之一,项目包括自动驶车、月球探测步行机器人,单轮陀螺式滚动探测机器人的研究等。
美国国防高级研究计划局(DARPA)已经与卡耐基梅隆大学国家机器人工程协会和波音公司签订合同,制造和测试无人地面战车(UGCV)样车。
这将是人类首次尝试生产在所有地形条件下都能够正常工作的无人地面战车。
学院对空间机器人的研究有很长的历史,其中为五角大楼研制的“角斗士”战斗机器人在对抗测试中大获全胜,挑战打造“未来美军”的技术难关。
同时,学院也是世界上规模最大、参与人数最多的机器人足球比赛“RoboCup机器人足球世界杯”的主要赞助之一,被公认为是将机器人应用于教育的先驱者。
作为全球机器人教育的先驱和领导者,学院一直关注着世界各国机器人教育发展。
奧巴马总统2010—2012连续三年访问学院,并于2011年在学院宣布起动STEM(全美机器人教育普及项目)计划。
全美使用ROBOTC编程语言的学校达到7000多所,巿场占有率高达85%!世界机器人大赛中、90%的冠军队伍是采用ROBOTC进行机器人控制。
ROBOTC现已被翻译成15语言,在全球40多个国家被广泛使用,成为全球范围最简便、快速、通用的系统化课程。
是既能让小学生学习掌握,也能运用到最高端科技研发的机器人编程语言。
西安2015机器人冬令营本着卡耐基梅隆大学机器人学院的教学理念,采用先进的RobotC编程技术,实现多学科穿插融合,让学生在冬令营中实操学习结合竞赛,学以致用。
(完整)人脸识别毕业设计

信息科学与技术学院毕业论文课题名称:基于特征识别的人脸检测系统学院:信息科学与技术学院完成日期:二○一七年五月十九日摘要我的毕业设计题目是基于特征的人脸检测系统,这个系统不仅仅能够检测人脸,还具有识别人脸的功能。
检测人脸检测部分的算法采用的是于仕祺老师的LBP特征加Gentle AdaBoost 分类器相结合的算法,提取识别特征部分的算法采用的是Google在2015年提出的基于深度学习策略的一种人工神经网络FaceNet,较为新颖,其准确率高,在光照不足,姿态和表情变化剧烈时仍能保持稳定,具有很强的鲁棒性。
该系统的界面使用MFC编写,在具体实现中了应用了多线程编程技术实现了一个简单的生产者消费者模型,从而提高了系统的识别效率,另外,对人脸的识别模块还使用了Python,C++混合编程技术引入了Google的开源深度学习框架Tensorflow作为对FaceNet的具体实现,数据库使用的是SQL Server2012,连接数据库使用的是微软公司的ADO 组件.该系统主要有信息采集模块和实时监控模块两个部分,前者完成对任务样本的信息采集工作,后者完成在实时监控的情况下对出现在画面中的人脸进行检测和识别,检测部分的速度可以达到40~60的FPS,识别部分由于计算量较大,只能达到2~5的FPS。
该系统经过简单的硬件支持和部署之后,基本可以完成在实际场景中的简单应用,具有一定的学术研究和实际应用价值。
关键词:人脸检测;人脸识别;机器学习;Tensorflow;实时监控IABSTRACTThe topic of this graduation project is Face Detection System based on characteristics which achieves the face detection and face recognition two functions. The algorithm of face detection part uses a kind of enhanced algorithm based on LBP feature and Gentle AdaBoost classifier proposed by ShiQi Yu,the algorithm of extracting face feature used in recognition part uses a kind of manual neural network FaceNet based on deep learning strategy proposed by Google in 2015.FaceNet has reached high arruracy and it is robustness to the change of illumination,posture and expression。
《中国制造2025》背景下中职人工智能技术应用专业人才培养模式的研究与实践

《中国制造2025》背景下中职人工智能技术应用专业人才培养模式的研究与实践摘要:2015年5月,国务院提出了“中国制造2025”策略。
《中国制造2025》提出了建设“制造强国”战略目标,提出了顺应“互联网+”潮流,以信息化和工业化深度融合为主线,推动“智能制造”、“绿色制造”发展,建设“升级版”的中国制造业,为我国制造业的转型和发展指明了方向。
今年,国家教育部公布了9个新增专业,人工智能技术服务是其中的一项,为智能制造产业发展服务。
由于人工智能专业开办时间较短,目前还处于探索阶段。
文章从人工智能技术服务业的发展现状出发,分析了我国人工智能技术服务业发展面临的主要问题,并就如何加强我国人工智能技术服务专业的建设提出了一些建议。
关键词:中职学校;人工智能;专业建设世界各国对人工智能的发展都十分重视。
美国政府提出要“重返制造业”,并在人工智能与机器人技术上下功夫。
欧盟提出了“新的工业革命”,以推动智能机器人、人工智能等新兴产业的发展。
日韩也把智能机器人机器人列入未来的战略性技术,并制订了具体的发展规划。
在这样的大环境下,中国是否能够把握住智能机器人发展的契机,实现制造业的转型和升级,将会影响到我国在全球制造领域的地位。
机器人行业属于“三高”行业,需要高科技、高人才、高投入,而我国目前很多公司仍处在“三低”的状态。
当前,我国人工智能产业面临着人才大量短缺的问题,急需培养具有创新能力的高端人才。
数据表明,中国人工智能产业每年增长20%-30%,而人才供给不足10%。
在此背景下,不少职业学校都开设了人工智能专业,紧密结合本学科的特点以及人工智能技术与机器人产业的发展现状,密切联系学校的定位和人才培养的特点,进行了人工智能应用技术人才的培养。
一、人工智能的意义(一)促进了生产力的提高和经济的发展人工智能是21世纪人类科学技术发展的代表,它使人类的生产力得到巨大的提升,进而推动经济的发展。
目前有关人工智能的研究,大多集中在它对经济发展的推动上:首先,人工智能的一项重要意义是减少工人的体力劳动、简化繁杂的工作、提升自动化水平;第二,因为人工智能对劳动者的替代性作用,所以它可以弥补现有劳动力不足的问题,使一部分劳动者能够获得更多的自由,有更多的时间去提高自身素质,并通过职业培训和其他教育活动来提高自己的技能,从而提高劳动生产率;第三,人工智能改变的不仅仅是人们的行为习惯,还有人们的思考模式,这种思考模式将会导致技术的革新与发展,技术的发展能够渗透到各行各业,进而推动经济的发展。
人工智能诞生于几几年

时至今日,人工智能发展日新月异,此刻AI已经走出实验室,离开棋盘,已通过智能客服、智能医生、智能家电等服务场景在诸多行业进行深入而广泛的应用。
可以说,AI正在全面进入我们的日常生活,属于未来的力量正席卷而来。
让我们来回顾下人工智能走过的曲折发展的60年历程中的一些关键事件:1946年,全球第一台通用计算机ENIAC诞生。
它最初是为美军作战研制,每秒能完成5000次加法,400次乘法等运算。
ENIAC为人工智能的研究提供了物质基础。
1950年,艾伦·图灵提出“图灵测试”。
如果电脑能在5分钟内回答由人类测试者提出的一些列问题,且其超过30%的回答让测试者误认为是人类所答,则通过测试。
这边论文语言了创造出具有真正智能的机器的可能性。
1956年,“人工智能”概念首次提出。
在美国达特茅斯大学举行的一场为其两个月的讨论会上,“人工智能”概念首次被提出。
1959年,首台工业机器人诞生。
美国发明家乔治·德沃尔与约瑟夫·英格伯格发明了首台工业机器人,该机器人借助计算机读取示教存储程序和信息,发出指令控制一台多自由度的机械。
它对外界环境没有感知。
1964年,首台聊天机器人诞生。
美国麻省理工学院AI实验室的约瑟夫·魏岑鲍姆教授开发了ELIZA聊天机器人,实现了计算机与人通过文本来交流。
这是人工智能研究的一个重要方面。
不过,它只是用符合语法的方式将问题复述一遍。
1965年,专家系统首次亮相。
美国科学家爱德华·费根鲍姆等研制出化学分析专家系统程序DENDRAL。
它能够分析实验数据来判断未知化合物的分子结构。
1968年,首台人工智能机器人诞生。
美国斯坦福研究所(SRI)研发的机器人Shakey,能够自主感知、分析环境、规划行为并执行任务,可以柑橘人的指令发现并抓取积木。
这种机器人拥有类似人的感觉,如触觉、听觉等。
1970年,能够分析语义、理解语言的系统诞生。
美国斯坦福大学计算机教授T·维诺格拉德开发的人机对话系统SHRDLU,能分析指令,比如理解语义、解释不明确的句子、并通过虚拟方块操作来完成任务。
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人文与社会科学学院 社会与决策科学系 经济系 统计系 公共政策与管理学院 信息技术&管理系 信息技术系 信息系统与管理系 公共政策与管理系 卡耐基技术学院 化学工程系 卢旺达校区
土木与环境工程系 土木环境工程系 机械工程系 材料科学与工程学系 材料科学与工程学院 材料科学与工程系 材料科学工程系 生物医学工程系 电子计算机工程系 硅谷校区 计算机科学系 梅隆科学院 数学科学系 生物科学系 泰珀商学院 艺术学院 建筑系 计算机科学院 设计系 计算机科学学院
每年 卡 耐 基 技 术 $44880
理学学士/理
5
学硕士
秋季, 学院
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院校介绍 院校简介
卡耐基梅隆大学主校区 位于美国宾夕法尼 亚州匹兹堡市。 建校于1900年,由美国近代 史上著名的卡耐基与银行家梅隆两人创建。现如今发展成为美国享誉世界的顶尖私立大学。 拥有院系1423个,本科生6203人,研究生与博士生6290人,培养校友92000人。学校尽全 力为优秀人材提供精英化教育,在学术领域精益求精,其所设专业均居于世界领先水平。
计算机科学与公共政策 Computer Science with an Additional Major 4 in Engineering and Public Policy
理学双学士
每年 秋季, 春季
卡耐基技术 学院 计算机科学 系
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材料工程与生物医学 MSE/BME Double Major Program
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创业 Entrepreneurs hip
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或亨氏 学校 课程 设置; 本科 需要 MRSD Prgrm。总监批准 项目课程:MRSD 项目 II 商业课程:MRSD 研讨会二
卡耐基梅隆大学 Carnegie Mellon University
综合排名:23 学校类型:私立 - 综合性大学 所在地:美国 宾夕法尼亚州 匹兹堡 录取率:25.00% SAT 统计:1950-2250 每年学费:30万(人民币) 是否有奖学金:是 在校生人数:12493 开学时间:秋季,春季 学校网址:
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土木工程与土木环境工程(本硕连读) 5
Civil Engineering and Civil and
理学学士/硕 士
每年 卡 耐 基 技 术 $44880
秋季, 学院
约合28万
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Environmental Engineering
春季
土木与环境 工程系
所在院系 学历层次 专业分类
计算机科学学院 硕士 计算机与信息科学 计算机工程
学制 1 年
开学时间 秋季,春季
学费 39882 其他费用 7466
生活费 14160
GPA 要求 3
GPA 要求描 述
是 否有语言要 有
求
语言要求描
述
TOEFL 单项至少 22
课程信息
主修课程
Fall Term: Two core courses: Systems Engineering and Manipulation, Mobility & Control One elective Course - Technical or Business Technical: Chosen from Grad-course offering within SCS, RI, ECE, CIT; Undergraduate course requires MRSD Prgrm. 参考翻译 Director approval Bus iness: Chosen from UG/Grad Tepper and/or Heinz School Course offering; Undergraduate course requires MRSD Prgrm. Director approval One Project Course: MRSD Project I One Bus iness Course: MRSD Seminar I
秋季学期: 两 个 核 心 课 程 :系 统 工 程 和 操 作、机动性和控制 选修课之一--技术或商业 技术:选择从毕业生课程设置在 SCS, 国际扶轮,ECE,CIT;本科需 要 MRSD Prgrm。总监批准 商业:选择从 UG /毕业生珀和/ 或亨氏 学校 课程 设置; 本科 需要 MRSD Prgrm。总监批准 项目课程:MRSD 项目 商业过程:MRSD 研讨会 春季学期: 两个核心课程:传感器、传感与 知觉和机器人自主。 选修课之一--技术或商业 技术:选择从毕业生课程设置在 SCS, 国际扶轮,ECE,CIT;本科需 要 MRSD Prgrm。总监批准 商业:选择从 UG /毕业生珀和/
校园环境
卡耐基梅隆大学占地140英亩,距机场22公里,交通便利,提供多种交运设施如,出租 车,机场大巴,轻 轨,驱车时间 约45分钟。学校周边 拥有完善的配 套餐饮食宿设 施,便于 各种参观。同时也拥有众多美术馆,剧院,体育场,以丰富课余文化生活。卡耐基梅隆大学 所在的宾夕法尼亚州匹兹堡,是世界著名的“钢铁之城”,现在已成功转型为以高科技、教 育、医疗、休闲为主要产业的现代化城市,是美国最宜居城市和犯罪率最低的城市之一。
国际管理 International Management
化学工程 Chemical Engineering
机械工程 Mechanical Engineering
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计算机科学 Computer Science
计算机科学与艺术 Computer Science and Arts
Spring Term: Two core courses: Sensors, Sensing & Perception and Robot Autonomy. One elective Course - Technical or Business Technical: Chosen from Grad-course offering within SCS, RI, ECE, CIT; Undergraduate course requires MRSD Prgrm. Director approval Bus iness: Chosen from UG/Grad Tepper and/or Heinz School Course offering; Undergraduate course requires MRSD Prgrm. Director approval One Project Course: MRSD Project II One Bus iness Course: MRSD Seminar II
$44880 约合28万 (人民币)
机械工程与公共政策 Mechanical Engineering with an Additional 4 Major in Engineering and Public Policy
理学双学士
每年 秋季, 春季
卡耐基技术 学院 机械工程系
$44880 约合28万 (人民币)
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信息技术管理本硕连读课程 MISM 3+2 Accelerated
文学/理学/学 每年
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公共政策与
5 士管理学硕 秋季,
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管理学院
士
春季
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化学工程与公共政策 Chemical Engineering with an Additional 4 Major in Engineering and Public Polic
4 理学双学士 秋季,
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材料科学与
春季
(人民币)
工程学系
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卡耐基技术
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$44880
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专业名称
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