小型碼垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-機(jī)械手設(shè)計(jì)【三維SW】
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畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告
論文(設(shè)計(jì))題目
小型倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
姓名
系別
機(jī)械工程系
專業(yè)班級(jí)
學(xué)號(hào)
1. 選題目的和意義:
1、我國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)現(xiàn)狀
當(dāng)前我國(guó)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)使用中存在的主要問題是利用率低、效果不明顯、規(guī)模不確定、優(yōu)勢(shì)不突出,使許多庫(kù)場(chǎng)資源閑置,特別是一些產(chǎn)品批量小而單一的生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化,庫(kù)場(chǎng)設(shè)施設(shè)備資源閑置與重復(fù)配置矛盾突出。追究其原因主要是以下的幾個(gè)方面:[1]
(1)沒有做好倉(cāng)庫(kù)建設(shè)和規(guī)劃的充分調(diào)查分析工作 這就使得自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)在建設(shè)前的設(shè)計(jì)和規(guī)劃中,存在著重大的決策問題。為了自動(dòng)化而自動(dòng)化,沒有對(duì)其必要性進(jìn)行研究和分析,在建設(shè)完成之后才發(fā)現(xiàn)在實(shí)際的利用中對(duì)于自動(dòng)化的要求很低,利用率很小。
(2)對(duì)提高倉(cāng)庫(kù)作業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化的思想認(rèn)識(shí)不足 由于認(rèn)識(shí)不足,對(duì)配備的裝備不愿使用,思想觀念仍停留在人工作業(yè)的基礎(chǔ)上,對(duì)新型的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)信心不足,并沒有把自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)放在一個(gè)重要的地位上,從而在思想上放棄了自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)的研究和使用。
(3) 全面提高員工素質(zhì),完善自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的管理機(jī)制物流設(shè)備要實(shí)現(xiàn)高效能利用,需要有相適應(yīng)的物流環(huán)境和科學(xué)管理,這些都要求有高素質(zhì)的人才。在目前缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的情況下,可采取“走出去,請(qǐng)進(jìn)來”的辦法,去發(fā)達(dá)國(guó)家考察學(xué)習(xí),請(qǐng)專業(yè)人士或高校教師介紹經(jīng)驗(yàn)、傳授知識(shí)、辦學(xué)習(xí)班等,或在技術(shù)院校招聘物流專業(yè)技術(shù)型人才,盡快解決操作人員和維修人員缺乏的局面。做好消化吸收工作,使其盡快國(guó)產(chǎn)化,以適應(yīng)市場(chǎng)需要。
2、倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的現(xiàn)狀
自1950年以來,越來越多的自動(dòng)化機(jī)器設(shè)備開始運(yùn)用到物流領(lǐng)域。這些機(jī)器設(shè)備開始逐步取代運(yùn)輸、搬運(yùn)、存儲(chǔ)和打包這些任務(wù),成為提升物流水平的重要手段之一。在標(biāo)準(zhǔn)化的包裝流程推動(dòng)下快速發(fā)展的分散控制系統(tǒng)、逐漸普及的工作站模式都進(jìn)一步促進(jìn)了機(jī)器人在物流領(lǐng)域的應(yīng)用。目前,物流行業(yè)的機(jī)器人應(yīng)用已經(jīng)成為繼汽車行業(yè)后的機(jī)器人第二大應(yīng)用領(lǐng)域。目前機(jī)器人在國(guó)內(nèi)整個(gè)物流領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中于兩種,從事包裝碼垛作業(yè)的機(jī)器人和從事自動(dòng)化搬運(yùn)的機(jī)器人【2】。而對(duì)于物流環(huán)節(jié)中的瓶頸問題——倉(cāng)儲(chǔ)問題卻沒有引入機(jī)器人來解決。根據(jù)中國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)協(xié)會(huì)2011年全國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)發(fā)展指數(shù)
數(shù)據(jù)顯示,2010年全國(guó)通用倉(cāng)庫(kù)需求面積達(dá)7.0l億平方米,實(shí)有倉(cāng)庫(kù)面積僅5.5億平方米,全國(guó)倉(cāng)庫(kù)供需指數(shù)為0.785。也就是說,我國(guó)通用倉(cāng)庫(kù)總體上處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。面對(duì)如此嚴(yán)峻的倉(cāng)儲(chǔ)問題,阿里巴巴將斥千億建立全國(guó)性的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng),京東商城也購(gòu)買土地建立物流中心。但機(jī)器人應(yīng)用在倉(cāng)儲(chǔ)問題上的缺失仍是我國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)乃至物流業(yè)無法快速發(fā)展的重要原因之一。
2. 本選題在國(guó)內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì):
1、倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人應(yīng)用在國(guó)外的成功案例【3】
與國(guó)內(nèi)不同,國(guó)外的物流業(yè)經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展,再加上國(guó)外先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù),Kiva,Swisslog等企業(yè)都已經(jīng)尋找到創(chuàng)新型的倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)來解決倉(cāng)儲(chǔ)問題。下面就國(guó)際上先進(jìn)的倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)之一,Kiva機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行分析,研究倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人給企業(yè)帶來的巨大效益。
2、 Kiva系統(tǒng)的功能介紹【1】
Kiva倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)與傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)最大的不同就是它讓物品適應(yīng)場(chǎng)地,其倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)可以在任意時(shí)間將任意物品送達(dá)任意位置。Kiva倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)基于一個(gè)個(gè)獨(dú)立可以自主導(dǎo)航移動(dòng)的貨架搬運(yùn)機(jī)器人。這些最高可以舉起3000磅重量的機(jī)器人將貨架舉起,然后將貨架搬運(yùn)到系統(tǒng)指定地點(diǎn)。這些機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑都由系統(tǒng)通過相應(yīng)的算法計(jì)算完成后將指令通過Wi—Fi網(wǎng)絡(luò)傳輸給機(jī)器人,然后機(jī)器人通過精密地導(dǎo)航裝置將貨架運(yùn)送到指定地點(diǎn)。每個(gè)機(jī)器人都安裝有朝上和朝下的兩個(gè)攝像頭,分別負(fù)責(zé)讀取二維碼和處理坐標(biāo)點(diǎn)信息。每個(gè)二維碼對(duì)應(yīng)于每一個(gè)貨架。因此準(zhǔn)確的二維碼讀取保證了貨架接駁的準(zhǔn)確性。而地面的坐標(biāo)信息則是為了精確的定位機(jī)器人的位置而鋪設(shè),
從而保證機(jī)器人的位置能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)地反饋給系統(tǒng)。Kiva倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)每時(shí)每刻都在處理大量的信息并進(jìn)行相應(yīng)的算法計(jì)算。為了保證系統(tǒng)的正常、高效運(yùn)行,Kiva采用Blacldin處理器。這種高性能、高帶寬的處理器保證了系統(tǒng)執(zhí)行圖像采集、分段、亞像素目標(biāo)定位和數(shù)據(jù)矩陣代碼讀取的復(fù)雜圖像處理算法可以快速地處理整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù),進(jìn)而保證了系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人的導(dǎo)航可以高效、動(dòng)態(tài)、快速地進(jìn)行。
3、我國(guó)物流業(yè)發(fā)展倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的建議
在未來,倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的應(yīng)用水平必將成為決定物流企業(yè)能否在發(fā)展中占領(lǐng)先機(jī),擴(kuò)大自身競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要影響因素之一。下面從企業(yè)和政府兩方面提出促進(jìn)倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人應(yīng)用的建議。
3.1 企業(yè)方面
3.1.1提升自身軟實(shí)力
一是引進(jìn)相關(guān)的信息化、自動(dòng)化專業(yè)人才,降低企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理方面的成本。二是對(duì)包括基層員工
和領(lǐng)導(dǎo)在內(nèi)的全體員工的物流意識(shí)的培養(yǎng),通過定期的培訓(xùn)推廣倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的相關(guān)理念和技術(shù),保證倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人在引入后能在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮切實(shí)功效。
3.1.2提高企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理的信息化程度
我國(guó)很多中小企業(yè)的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)基于人工操作,缺乏信息化的建設(shè)。這不僅導(dǎo)致企業(yè)管理者無法及時(shí)了解庫(kù)存信息,更無法進(jìn)行需求預(yù)測(cè)和生產(chǎn)規(guī)劃。滯后的信息化發(fā)展更成為制約倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人在我國(guó)大部分企業(yè)應(yīng)用的重要原因。因?yàn)閭}(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)的建立需要信息化的倉(cāng)庫(kù)管理數(shù)據(jù)支持。
3.2政府方面
3.2.1制定相關(guān)國(guó)家政策支持
目前我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的落后、國(guó)外機(jī)器人系統(tǒng)的高成本加上我國(guó)低人力成本等因素的影響,導(dǎo)致倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)在我國(guó)的發(fā)展遇到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。政府應(yīng)該制定相應(yīng)的政策,給予引入倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)的企業(yè)一定的政策性優(yōu)惠,從而推動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人在我國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用。
3.2.2推動(dòng)我國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)的研究
一是建設(shè)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟:聯(lián)合高校,充分發(fā)揮人力、物力,形成強(qiáng)大的研究、開發(fā)和應(yīng)用隊(duì)伍。二是與國(guó)外先進(jìn)的研究所、公司合作,共同開發(fā)適合中國(guó)企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)模式的機(jī)器人系
統(tǒng),改變過去一味引進(jìn)和依賴國(guó)外的技術(shù)的局面,為我國(guó)今后自主研制倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人提供相應(yīng)的技術(shù)儲(chǔ)備。相信在企業(yè)軟實(shí)力與信息化程度的提升、政府相關(guān)的政策支持、倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù)研究的深入等多方面的推動(dòng)下,倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)將在我國(guó)物流領(lǐng)域逐步應(yīng)用與發(fā)展,幫助我國(guó)企業(yè)從根本上解決物流倉(cāng)儲(chǔ)問題,促進(jìn)我國(guó)物流業(yè)乃至整個(gè)工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。
4、倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)
倉(cāng)儲(chǔ)型配送中心是從倉(cāng)儲(chǔ)和配送這兩方面來分析成本的,這對(duì)企業(yè)來說也是有推進(jìn)作用的。當(dāng)今我國(guó)還處于起步階段對(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)這一塊還有許多空白的地方,很多不該有支出的地方不明不白的就有了花費(fèi),同時(shí)在配送這方面也存在著很多不合理,在全球都在講究利益的最大化的同時(shí),唯有把自身的成本降到最低才能把企業(yè)推向頂點(diǎn)。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,需求的不斷提升,中國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)從無到有,從小到大,從總量的明顯擴(kuò)張到結(jié)構(gòu)的明顯升級(jí),逐步形成了有中國(guó)多樣化,多層次的消費(fèi)市場(chǎng)。這其中小型倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人功不可沒。機(jī)器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)控制工程以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果,是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一,也是我國(guó)科技界跟蹤國(guó)際高科技發(fā)展的重要方面[1]。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平,是一個(gè)國(guó)家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征,正受到許多國(guó)家的廣泛重視。
自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人是物資流通中的關(guān)鍵單元,擔(dān)負(fù)著重要的作用,在發(fā)達(dá)國(guó)家“建就建自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)”已成為必然。我國(guó)經(jīng)濟(jì)已逐漸融入世界經(jīng)濟(jì),成為全球的加工基地。實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化,從而提高倉(cāng)庫(kù)的管理水平自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)由貨架、堆垛機(jī)、出入庫(kù)輸送機(jī)、自動(dòng)控制系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)等構(gòu)成,能按照指令自動(dòng)完成貨物的存取作業(yè),并對(duì)倉(cāng)庫(kù)的貨物進(jìn)行自動(dòng)化管理,使物料搬運(yùn)倉(cāng)儲(chǔ)更加合理。由于采用貨架儲(chǔ)存,并結(jié)合計(jì)算機(jī)管理,可以容易地實(shí)現(xiàn)先入先出、發(fā)陳儲(chǔ)新的出入庫(kù)原則防止貨物自然老化、變質(zhì)、生銹等現(xiàn)象的出現(xiàn)。同時(shí)降低對(duì)人工需求的依賴,特別是降低特殊倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境中的人力資源成本 由于采用了自動(dòng)化技術(shù)后,自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)能適應(yīng)黑暗、有毒、低溫等特殊場(chǎng)合的需要[1]。
3. 主要研究?jī)?nèi)容:
由于倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的一體化設(shè)計(jì)較為復(fù)雜,所以本課題側(cè)重于研究小型倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要的任務(wù)包含以下三方面:
1. 小型倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2. 小型倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人多自由度機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.小型倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的抓取結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.完成論文的條件、方法及措施,包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、調(diào)研計(jì)劃、資料收集、參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。
本論文(設(shè)計(jì))要研究或解決的問題:
1 . 設(shè)計(jì)思路,工作原理,方案優(yōu)選定型。
2 . 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
3 . 多自由度機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
4 . 抓取結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
本論文(設(shè)計(jì))采用的研究手段和方法:
首先查閱和參考相關(guān)資料文獻(xiàn),做出小型倉(cāng)庫(kù)機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)方案,然后通過對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、機(jī)身結(jié)構(gòu)、抓取結(jié)等各方面的計(jì)算與選型,進(jìn)行分析和優(yōu)化。最后在導(dǎo)師的指導(dǎo)下做出最佳的設(shè)計(jì)方案。
課題擬采用的方案:
設(shè)計(jì)中最主要的部分就是機(jī)器人多自由度機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)器人總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)。機(jī)身是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件。他的作用是支撐腕部和手部(包括工件與工具)。并帶動(dòng)他們作空間運(yùn)動(dòng)。
機(jī)身設(shè)計(jì)的基本要求為[3]:a 承載能力大,剛度好,自重輕
b 運(yùn)動(dòng)速度高,慣性小
c 動(dòng)作靈活手臂動(dòng)作應(yīng)靈活
d 位置精度要高
本次設(shè)計(jì)倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人主要是進(jìn)行倉(cāng)庫(kù)中物料的搬運(yùn),是將倉(cāng)庫(kù)中的物料搬運(yùn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化??紤]到本次設(shè)計(jì)的倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人搬運(yùn)的物料是在8KG以下,而且物料不是很復(fù)雜,精度不是很高,所以設(shè)計(jì)的物料搬運(yùn)機(jī)器人采用四個(gè)自由度,分別是手臂隨著腰部的旋轉(zhuǎn)和上下伸縮進(jìn)行運(yùn)動(dòng),手臂的左右伸縮和手部的夾緊與放松。此四個(gè)自由度可以保證在工業(yè)生產(chǎn)中能夠?qū)⑽锪习徇\(yùn)到空間的各個(gè)位置上。倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的四個(gè)自由度可以將夾取的物料搬運(yùn)到四周的位置上,但為了讓它的工作范圍擴(kuò)大,能夠減少機(jī)器人的投入量,所以我們將它固定在帶有輪子的機(jī)身上,從而實(shí)現(xiàn)其目的。倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的工作過程如下:當(dāng)物料要求從物架上搬運(yùn)時(shí),機(jī)器人通過手臂的伸縮和腰部的旋轉(zhuǎn)調(diào)整好位置,手部夾住物料。然后傳感器發(fā)出信號(hào),通過機(jī)器人的底座旋轉(zhuǎn),腰部伸縮,手臂伸縮將物料搬運(yùn)到指定的位置,手部松開,將物料放在指定的位置,再回到下一個(gè)物料的位置,這就完成了一個(gè)周期。
設(shè)計(jì)(論文)計(jì)劃進(jìn)度:
3月10日~3月22日,查閱文獻(xiàn),翻譯外文,畢業(yè)實(shí)習(xí)。
3月23日~5月5日,完成初步方案設(shè)計(jì)與論證。
5月6 日~5月10日,中期檢查。
5月11日~6月17日,分析修改方案設(shè)計(jì)與論證,完成論文。
6月24日~6月28日,畢業(yè)答辯。
7月1日~7月5日,修改論文,提交有關(guān)材料。
參考文獻(xiàn)
【1】孟繁華. 機(jī)器人應(yīng)用技術(shù).哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1989.
【2】 周伯英. 工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995.
【3】杜祥瑛. 工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1986.
【4】徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第5卷[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992.
【5】天津大學(xué)《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》編寫組.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ).天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1980.
【6】成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本液壓傳動(dòng).化學(xué)工業(yè)出版社,2004.
設(shè)計(jì)(論文)計(jì)劃進(jìn)度:
3月10日~3月22日,查閱文獻(xiàn),翻譯外文,畢業(yè)實(shí)習(xí)。
3月23日~5月5日,完成初步方案設(shè)計(jì)與論證。
5月6 日~5月10日,中期檢查。
5月11日~6月17日,分析修改方案設(shè)計(jì)與論證,完成論文。
6月24日~6月28日,畢業(yè)答辯。
7月1日~7月5日,修改論文,提交有關(guān)材料。
參考文獻(xiàn)
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【4】徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第5卷[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992.
【5】天津大學(xué)《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》編寫組.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ).天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1980.
【6】成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本液壓傳動(dòng).化學(xué)工業(yè)出版社,2004.
5.指導(dǎo)教師意見及建議:
簽字:
年 月 日
畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))
開題報(bào)告
論文題目:小型倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系部名稱:機(jī)械工程系 專業(yè)班級(jí):
學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào):
指導(dǎo)教師: 教師職稱:
收藏
編號(hào):43958049
類型:共享資源
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上傳時(shí)間:2021-12-05
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三維SW
小型
碼垛
機(jī)器人
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)械手
設(shè)計(jì)
三維
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