机器人技术论文【汇编4篇】
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机器人技术论文【第一篇】
摘要:智能自动绘图写字机器人可以完成写字、绘图、制作壁画等工作,简单改装后可以变为具有激光雕刻与CNC加工功能的工业机器人。经过市场调研,目前已有的写字机器人普遍体积较小,只能在A4纸上写字,效率低且功能单一,不适用于工业生产。针对市场需求,在已有产品的基础上进行创新,设计了多功能大型工业写字机器人,并开发了配套的人工智能应用软件。
关键词:人工智能;智能制造;文化创意;智慧生产
1作品简介
该绘图写字机器人是由人工智能神经网络结构自主生成可人工调节的图文内容,并由个人电脑将图文内容转化为机器动作指令,由自主设计的多自由度框架写字绘图机构执行命令的一体化全栈式机器。
2工作原理
此机器采用COREXY运动结构,通过2个57高速闭环步进电机带动GT2同步皮带传动,结构略复杂,但是精度较高。得益于稳定的框架和固定的不随横轴移动的步进电机,避免了平台XY轴移动带来的晃动和不稳。移动组件部分搭建在三根高精度线轨之上,以保证书写时的速度和精度。
电路部分使用AtmelATmega328P的主控芯片,围绕此芯片搭建了外围电路,电路线板采用光耦隔离,抗干扰能力强,精确度高,主控板既可板载驱动器,也可外接大功率驱动器。考虑到书写尺寸,两个步进电机采用外置的电机驱动器,驱动器与主控板连接,采用12V与24V双路大功率电源,满足一个电源驱动整个机器的需求。
在PC端需要三部分软件来完成整个系统的控制逻辑:
(1)与下位机(基于AtmelATmega328P的电路控制板)通信的控制软件,将控制命令(Gcode)和下位机交互,控制机械运动;
(2)通过软件将图案或文字转化为控制命令(Gcode);
(3)通过人工智能与深度学习软件自主设计艺术画作或者模仿古今中外书法绘画名家进行全自动创作。
系统流程如图1所示。
3创新点
(1)该机器一改其他类型机器工作原理简单、工作能力单一、工业设计薄弱的缺点,创造性地使用工业级别的自动化零件,一方面可以极大地增加该机器的稳定性与寿命,另一方面也可使得该机器具有其他功能。
(2)该机器的框架庞大,可控性优良,且框架刚性优秀,因此该机器可以通过简单的改装来满足不同的工作需求。除可以在表面使用不同的涂料进行喷涂外,还可以用于平面液体固化等方面,例如制作异形薄煎饼、绘图巧克力,通过不同材料打印彩色标牌等,该机器在平面扩展方面存在极为优良的性能。
(3)该机器的主要框架较为稳定,与市面上其他同类商品相比,其底面为一个完整的矩形,因此适合将该机器进行进一步扩展。在增加Z轴运动后,该机器可以成为一台精度极高的三维打印机,在增加密封箱或者其他类似的通风设施后,可以改造成为一台与专业机型无异的激光切割雕刻机,因此其在工业应用方面也存在极高的扩展性。
(4)由于其使用了直线导轨与闭环步进电机控制,其对干扰的排除能力远超其他同类产品,因此可以做一些负荷较大的工作。其本身扭矩支持将它改造成铣床或者浮雕制作机。该机器虽然自重较大,但体积较为紧凑,因此可以方便地将其置于需要制作浮雕等的平面上。
(5)该产品投产后不仅可以作为写字机器人使用,还可以将其框架经过简单改造与二次开发后作为喷绘机、雕刻机、食品打印机、三维打印机、铣床等多种工业设备出售。因此该机器对于公司而言可以有力降低开发成本,实现较高的经济收益。
4市场前景
我们根据调研,发现目前市场上还未出现类似该机器的产品,同时机器相关技术成熟度较高,市场前景广阔。相比传统的绘画创作方式,无论是AI设计师的设计效率,还是设计之后绘制成品的生产效率,均远高于现有方式。
(1)传统设计师在考虑一副壁画或艺术画内容时,往往需要较长的时间周期,而对于单个设计师而言,很容易出现灵感枯竭、内容风格单一等现象,同时设计师的水平也各有高低。相比之下,人工智能自主创作内容的方案不会存在上述情况,借助现代计算机高速的计算速度,神经网络能够在短时间内创作大量优异的画作,且内容完全可控,因此这是对传统设计行业的颠覆性挑战。
(2)传统人工绘制壁画艺术画等方式对工匠技术具有较高要求,不同人之间绘制效果略有差异,且人工速度较低。相比之下,自动化机器拥有由机械结构带来的高精度优势,效果堪比甚至超过人工。由于机械结构由大功率步进伺服系统驱动,绘画的效率也远远高于人工。
(3)机器硬件和软件的成本远远低于目前聘请设计师和工匠施工的费用,相同的投資资金下,使用机器带来的生产效率是人工无法比拟的。
机器人技术论文【第二篇】
《测量机器人应用与进展》
摘要:本文首先概括了测量机器人的发展历史和特点,结合实际工程实践,对测量机器人实际应用进行了较深入详细的论述,最后测量机器人的发展方向进行了展望。
关键字:测量机器人;发展现状;发展趋势
1引言
随着我国各项建设的快速发展,各种大型工程项目的建设和大型工程建筑物越来越多,因此,对大型工程建筑物进行变形和稳定性监测就愈加重要,有关变形监测的方法随着新仪器、新技术的出现而不断发展。测量机器人(Measurementrobot,或称测地机器人,Georobot)就是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪,它可以连续跟踪目标测量,或按照已经设定的程序自动重复测量多个目标可以实现测量的全自动化、智能化。尤其在小尺度局部坐标测量当中,测量精度高、灵活机动、快速便捷、无接触等方面,有着其它测量技术不可比拟的优势。本文概要介绍测量机器人发展和应用。
2测量机器人发展
测量机器人是在电子经纬仪和红外测距仪的基础上发展而来的,其研究与发展大致可以分为三个阶段:
20世纪70年代中期到80年代中期,电子经纬仪和红外测距仪已走向成熟,并得到迅速推广和应用,但存在生产成本高、劳动强度大、非自动化等缺点。为提高生产效率,一些研究机构和厂家进行了大量的研究和实验,1983年,教授领导的课题组成功研制出由视觉经纬仪改制而成的组合式测量机器人,用于煤矿的边坡监测,可同时自动检测几百个变形目标点,但其集成度不高,精度较低。
20世纪80年代中期到90年代中期是测量机器人的逐步发展期,Leica公司推出了多种系列测量机器人,它除集成了电子经纬仪、步进马达、红外测距仪、CCD传感器、微处理器和存储器以外,最主要的是采用了自动目标识别技术,实现了普通棱镜的长距离的自动识别与精确照准,使测量机器人迅速从室内的工业测量走向了野外工程测量。
20世纪90年代以来则是测量机器人全面应用与发展的年代。测量机器人配套了测量软件系统,并可提供全面的二次开发工具和方法,基于测量机器人的各种应用与开发在世界范围内得到了迅速的发展和推广。
3测量机器人的特点
测量机器人具有无人值守,全自动(定时或连续)长期监测,监测精度高,时处理,可靠性高等特点。测量机器人主要计算机与全站仪的通讯模块、学习测量模块、自动测量模块和成果输出模块等几部分构成。计算机与全站仪的通讯模块是实现测量自动化的一个最基本的功能模块,它的主要功能是解决计算机与全站仪之间的双向数据通讯,人工操作计算机来向仪器发出指令,仪器执行相应的操作后返回给计算机一些相应的信息,从而来完成整个通讯过程。学习测量模块使测量机器人根据已有的数据,使其具有记忆的功能,将测量原始数据存储,并在以后的自动测量中调用数据来进行自动化的重复观测,得到不同时刻观测点的三维坐标信息,该模块为以后的自动测量模块提供了基础数据。自动测量模块功能主要是根据用户的设定,根据学习测量的数据,定时对特定点位进行自动观测,自动存储测量成果,包括原始数据和经过差分改正后的数据,从而得到不同变形点位的变形数据,经过多期观测值的累积同首期观测值之间的比较差值就可以得到不同点在不同周期下的变形趋势。成果输出模块可以提供变形量报表、不同周期的变形量趋势图等资料,使得变形成果资料更加生动和能够满足不同用户的需求。
4测量机器人的应用
利用测量机器人自动跟踪目标、时时测量的特点,在测绘工程和工业测量中等均有重要应用。
边坡(包括自然边坡和人工边坡)因受地质产状、岩性、地质构造、水、人工扰动和地震等因素的综合影响,造成边坡失稳,从而产生滑坡、崩坍、变形失稳、泥石流、塌陷等地质灾害,这些地质灾害是目前安全生产的最大隐患,目前广东、四川等一些雨水较多的省份已经利用测量机器人成功对边坡进行有效和精确的变形监测。
在道路路基施工和路面施工中,利用测量机器人时时跟踪测量的优势,可以随时得到施工点的平面位置和施工标高,而知道该点的设计标高,就可以得到该点处的填挖高度,从而使道路施工的动态控制成为可能。大大提高施工效率和精度,减轻测�咳嗽钡睦投慷龋�实现了道路测量与施工的自动化、一体化、程序化。
测量机器人己经成为大跨度桥梁施工过程中进行施工监测和控制的主要工具。在大跨度桥梁结构施工过程中,由于桥梁结构的空间位置随施工进展不断发生变化,要经历一个漫长和多次的体系转换过程,若同时考虑到施工过程中结构自重、施工荷载以及混凝土材料的收缩、徐变、材质特性的不稳定性和周围环境温度变换等因素的影响,使得施工过程中桥梁结构各个施工阶段的变形不断发生变化,这些因素均将在不同程度上影响成桥目标的实现,并可能导致桥梁合拢困难、成桥线形与设计要求不符等问题。所以在其施工阶段就需要对桥梁施工过程进行监控,除保证施工质量和安全外,同时也为桥梁的长期健康监测与运营阶段的维护管理留下宝贵的参数资料。
在地铁隧道变形监测中,通过自动化测量机器人监测设备系统,把在外力作用下地铁隧道变化数据传送至控制器或仪器内,通过处理软件,计算断面收敛量,再通过互联网及远程通讯系统,使有关各方随时掌握地铁隧道收敛情况和规律,可有效保障地铁的安全运行。
跨断层连续变形监测,断层形变与地震的孕育过程直接相管,用本系统作跨断层高精度测距和变形监测可望作为短临地震预报的一种新的研究和预报手段,为防震减灾作出贡献。测量机器人的多目标、高精度、、全自动、实时数据处理、自动报警等全部优异性能,在这里可以得到充分的发挥,再与其他短临预报手段配合,有可能取得积极成果。
测量机器人系统也可广泛应用于航空、航天、汽车、造船等部门的工业测量和变形观测。如在容量计量领域,可用于船舶液舱或其它大容量量器的内部三维坐标点的自动测量与数据处理。
5、国内测量机器人应用现状
我国国内测量机器人的引进方面与国际几乎同步,但由于经济和缺乏前期研究等方面的原因,其工程应用略落后于国外,随着国内经济的飞速发展以及大规模工程建设的需要,国内购买测量机器人的单位日益增多,但其应用状况和使用效果有待改善。主要表现在以下两个方面:
1、测量机器人国外配套软件价格较高,且不符合中国国家规范或行业作业标准,很多单位仅购买测量机器人,没有购买相应软件,测量机器人不能发挥最大优势。因此研究开发符合中国国情的测量机器人通用系列化自主软件是目前国内的迫切需要,有较广阔的应用前景和发展空间。
2、虽然测量机器人工程应用日益广泛,应用领域也在不断扩展,但由于测量机器人的出现时间较短,我国现行的国家规范或行业标准中相关测量机器人应用的参照条款较少或比较落后。因此对测量机器人自动化测量的作业方法、流程、质量控制、成果管理、精度分析等方面要进行系统性的研究,并得出有益的结论,设立规范或标准,对工程生产有重要的指导意义。
6、测量机器人发展趋势
测量机器人自进入全面应用与发展期以来,其应用研究已比较深入和成熟,但各科研机构和厂家对测量机器人的基础研究并没有停止,生产厂家对测量机器人产品也在不断进行革新和改进。展望21世纪,测量机器人将在以下方面得到显著发展。
测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展,其应用范围将进一步扩大,影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强。未来的测量机器人不需要合作目标,将可根据物体的特征点、纹理、轮廓线,用影像处理的方法进行自动识别、匹配和照准目标,采用空间前方交汇的原理获取物体的三维坐标及形状。测量机器人将与GPS、GIS技术集成,成为快速获取被测物体信息的重要仪器。多传感器集成系统及混合测量系统的应用范围将进一步扩大,可望在大区域范围内进行无控制网的各种测量工作。
7结束语
测量机器人技术是近年来发展起来的自动化测量技术,在各种工程监测、地震、地灾等方面具有高效、快速、省时省力等诸多优势,是测绘行业发展的一个热点方向。再加之具有完备的数据处理软件功能,经实践证明,测量机器人的发展和应用前景是非常广阔的。
参考文献:
[1]梅文胜,张正禄,黄全义.测量机器人在变形监测中的应用研究.2002(5).
[2]张正禄.测量机器人介绍.2005(5).
[3]张正禄.工程测量学的研究发展方向.2003(6).
机器人技术论文【第三篇】
摘 要随着科学技术的飞速发展,电气工程得到不断的更新和进步,其自动化技术不断加强而机器人设计也在不断的冲击人们的生活,在机器人设计理念中加入电气工程的自动化技术,利用其自动化技术让机器人具有人性化特征,从而能够具有更多人类的自动行为,从更多方面为人类提供更好的服务。
关键词电气工程;自动化;机器人设计
一、前言
机器人的不断研究创造是时代经济发展的必然,是为了满足人们更多需要而必然要进行的一项科学研究。目前,国外很多国家在机器人设计领域已有很多成功例子,其机器人具备的技术是当前我国技术无法比拟的。但是,时下我国很多高校开展机器人设计研究以及社会上的机器人比赛活动等,让越来越多的人对机器人设计有更多的认识,给机器人设计的不断创新创造了一个良好的环境。电气工程及其自动化技术能够给机器人设计提供一个良好的技术支持。本文主要分析机器人设计中的自动化技术应用情况,旨在让我国的机器人设计快速跟上国际先进技术,创造出具有世界领先水平的机器人。
二、机器人简介
机器人最早出现在中国的西周穆王时期,最初形式是一个有开关能够自动“跳舞”的木质人,后来在卡雷尔·恰佩克的科幻小说中创造了机器人这个名词,从此一些能够自动制定既定工作的机械设备统称为机器人[1]。现代的机器人能够在人类的指挥下做一些简单工作,如对话、投篮、快跑、协助人类进行危险行为等。目前技术比较先进的国家如英国、日本、美国等在机器人的研究上取得非常大的进步,很多领域如医学、建筑学及军事建设等方面均使用机器人当做人类力量的延伸。通过指挥或者在机器人内部设计自动装备,让机器人拥有人类思维,自动进行工作。当前机器人发展甚至趋向高度的人性化,机器人不再只是由机械设备组成,有些机器人甚至有人类的模样和思维方式,但是机器人真正能够拥有人类相同的思维还需要很长一段时间。
三、电气工程及其自动化概念
电器工程及其自动化是一门学科,这门学科包括多个技术领域,涉及面非常广,从计算机、电机电子以及互联网技术、信息控制技术,甚至还包括多种电力和机电技术结合成为一个整体的技术,这些不同领域的技术一同构成电气工程及其自动化学科。由于是一个工程型又带有自动化功能形式的学科,其具有的特点就包含工程中的强力学以及网络信息中的软件学特点,形成一种强弱结合的形式。这个学科的课程包括电气知识和网络信息技术知识,具体有:网络信息技术、仪器检测和控制技术、电子和电路技术、计算机软硬件技术等强力学和软件学技术相互结合的'课程形式。这个综合性学科主要教给学生的是各种工程和电气以及计算机方面的知识,毕业学员一般均掌握包括计算机软硬件技术、网络信息技术以及仪器实验分析技术等多方面的技术,在社会工作中能够适应多个领域的工作要求。
电气工程及其自动化学科的最主要课程为电气和计算机工程,因此在进行实验和具体实践时,这个两门课程是最主要的测验对象。通过设置不同等级的专业实验教学训练平台,让学生在掌握基础的技术能力的同时根据自身的条件去挑战更高的技术实验。使学生除了掌握基础的电机技术、电力电学技术以及计算机硬件技术之外还能够掌握如线路综合设计技术、高级计算机软件管理技术以及CPLD技术等综合性相对比较强的技术,在实际工作中能够解决更多难题和满足更多需求。
电气工程及其自动化在社会中的使用领域主要有:水力电力领域、信息处理领域、电力线路设计领域、各种变压器设计领域以及与人们日常生活密切相关的各种监控设备(如交通摄像监控、小区摄像监控)、机器自动化设备(例如电梯、安全门)、网络通信设备(如电子邮件、网络条件软件)以及智能控制设备(如楼道声控开关灯)等方面,这些军事电气工程及其自动化学科在实际的运用,具有广泛性和多面性[2]。
四、电气工程及其自动化在机器人设计中的运用分析
由于机器人是由多种机械部件拼接后再安装编排程序最后实现机器装备自动运行的,因此通过分析其主要构造能够了解电气工程及其自动化技术在其中的运用情况。首先,机器人是由电机和连接杆组成的,在装置电机时根据需要装置步行或跳跃等电机使其拥有步行和跳跃等能力,同时利用生活常见的铝板铝条进行构建的链接,将一个还不能行动的机器人做出来后再通过加入编排程序让其自动工作或人工指挥其工作。这其中就包含电气工程及其自动化学科中的电机电力技术、计算机指挥和控制技术以及电力线路链接设计等多种技术。
其次,机械人构件组装完毕后,还需要检测装置保证其运行功能质量。检测装置是在机械人雏形形成并开始指挥其工作后对其实际的信息进行记录,再将实际信息和机器人内部既定的信息相对比,若出现很大偏差则需要重新进行信息的设定,若偏差很小则表示机器人研究成功,可以投入使用。分析是现代先进的机器人技术发现,很多机器人能够代替人类将损坏或质量不好的对象进行,同时立即将信息进行反馈,大幅度提高机器人工作的精确度并减少人类的工作量。
再者,机器人在组装完成后需要通过驱动装置对内部构件进行驱动,驱动后机器人才能给自行工作。利用计算机系统中的驱动设备在机器人中按照指定信号装置,当信号一放出,机器人即能够自动工作。其主要依靠电气工程机器自动化学科中的计算机软件系统、信号监控系统来实现机械装置的自动位移。
最后,机器人虽然能够根据已编排的程序自动动作,但是大多时候仍是人类进行控制,因此监控系统就显得尤为重要。目前的监控系统主要为集中式的控制系统,也就是指需要一个中心监控装置就可以实现对机器人的全部控制,该中心装置一般是一台微机[3]。该步骤需要运用到电气工程机器自动化学科中的单片机技术,单片机本身即为一台微机,因此将其安插在机器人结构中,只需要插入电源就可以运行,从而自如的控制机器人工作。
从以上分析内容可知,在机器人设计中加入电气工程及其自动化专业技术能够使机器人设计更加顺利,其拥有的功能会相对比较多且符合现代的技术水平。但,同样的,机器人设计是一个比较复杂的研究工程,其中涉及到的技术类型多样,仅仅依靠电气工程机器自动化专业技术根本无法满足人类对高度人性化机器人的要求。因此,只有不断的研究多种技术,才能使机器人真正成为人类工作和生活的好助手。
参考文献
[1]wilson.机器人设计经验之谈[J].电子制作,2011,32(09):102-103.
[2]张静,刘永均,李柏林.机器人系统多学科协同优化设计[J].机械设计与研究,2008,41(05):98-99.
[3]邓锋.采用标准关节机器人系统对飞机货舱门结构的自动钻铆[J].航空制造技术,2010,36(19):210-211.
机器人技术论文【第四篇】
摘要:针对隧道巡检机器人巡检过程中环境密闭、强磁干扰、长距离传输、信号延迟、通信不稳定等问题设计了隧道巡检机器人通信系统,分别从网络通信及内部通信两方面设计了基于Labview的软件控制的网桥通信、以太网络通信与串口通信结合的隧道巡检机器人通信系统。有效解决了隧道巡检环境干扰问题,使通信更加快速,信号更加稳定,保障了隧道巡检机器人巡检过程信息交互的稳定与可靠。
关键词:隧道巡检机器人;通信系统;网络通信
中图分类号:TP242 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2020)04-0000-00
0引言
随着经济的发展,电缆发生故障引发的事故的几率也在相应地增加,为了保障电力电缆在地下隧道内的稳定安全运行,隧道巡检机器人孕育而生[2]。隧道巡检机器人具有可长时间不间断工作,保证了巡检过程中的实时可靠性,复杂环境中适用性等。隧道巡检机器人在进行巡检时需要与外界搭建可靠的通信,由于隧道区域空间狭小,存在拐角和岔口,加上内部有大量的电力电缆,构成了一种闭域空间环境,这些都将给隧道巡检机器人的通信带来严重困难,因此有必要对隧道巡检机器人的通信系统进行设计[1]。
1通信系统整体设计
通信系统分为网络通信和内部通信,其中网络通信为了避免因直角弯产生的信号延迟等问题,主要由两个部分组成分别为有线、无线传输[3]。有线传输部分与信号中继相连接,被放入井下的隧道巡检机器人携带中继模块。其中中继模块通过网桥无线发射和接受相应指令;内部通信即本体携带的控制单元与驱动器、传感器等装置的信号通信。
由于隧道巡检系统的硬件结构可分为三层:上层-上位机、中层-微控制器、下层-用于执行的驱动单元和用于反馈的采集单元。因此隧道巡检机器人的通信系统流程图如图1所示,上层上位机与中层微控制器通过网络通信完成指令的传输及相应处理;中层微控制器与下层单元选用串口通信方式完成信息交互[4]。
2网络通信设计
通信系统中运用网络通信传输者着上层上位机和中层微控制器之间的指令,同时负责与机器人所携带的摄像头之间的画面反馈工作。因为隧道空间密闭同时存在强磁干扰,所以需要传输距离较长并且稳定的信号传输,为稳定完成通信任务,实现较长距离信号传输,为实现对机器人动作位置调整和实时监控等功能,设计了以网桥为中继的网络通信模式[6]。
网桥可以在较长的距离上正常工作,其主要在数据链路层工作,连接LAN的方法是不同的MAC地址發送帧[5]。由于考虑到在网络通信的过程中会有障碍物出现的可能,为降低对信号的影响将中继单元(网桥)放置在隧道内,与上位机的连接由于不需要移动所以选用了有线传输更加稳定。传输网桥有和两种型号传输方式,由于传输距离长、传输速率块、传输稳定等优势选用网桥进行信号传输。
上位机和微控制器及上位机和摄像头之间为单独通信,因为与上位机间的通信都需要通过双绞线形式进行连接并且在于机器人内部,并且稳定性能要求高,所以选择国电龙源电气路由器搭建网络,即能接入控制器进行指令传输,也能连接摄像头增加控制灵活性。具体参数如表1所示。
3串口通信设计
中层的微控制器与下层的电机及三个驱动器之间的信号通信采用的是串口通信模式,因为RS232应用简便、成本较低、通信质量稳定、应用领域广泛等特点所以设计选用了RS232串口协议通信方式。
RS232串行接口主要用于完成中层微控制器与下层部分模块之间的通信,选用的中层的微控制器与下层的驱动器上均有可以用于进行RS232通信的DB9串行接口。组网时应在发送线与地线之间连接一个10kΩ的电阻,为保障工作电路和驱动器的安全。通过对三个驱动器的组网方法就可以实现机器人各个电机之间的联动控制,实现灵活操作控制。
4结论
本文完成了基于Labview的软件控制的的外部网桥通信、以太网络通讯与RS232串口通信结合的隧道巡检机器人巡检系统的通信系统设计。此通信系统可以保证网络传输的快速可靠,有效降低隧道内的强磁干扰。
参考文献
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