机电一体化实习总结

《机电一体化综合实验》总结

一、模块化生产线概述

模块化是指把一个复杂系统或过程根据系统规则分解为能够独立设计的半自律性子系统的过程，或者是按照某种联系规则，将可进行独立设计的子系统统一起来构成更加复杂的系统或过程，这样通过模块化，一个复杂的系统就可以分解为一系列相互独立的具有特定功能价值的模块，并且，在遵循统一的界面规则的前提下，各模块进行半自律性独立动作，同类模块之间可进行替代，从而可根据需要，组成不同的复杂系统。

模块化生产是以模块化技术为主导，信息技术为基础，成熟的管理方法为手段，满足顾客个性化需要为目标，是一种柔性的生产方式。

该模拟生产线是由独立的六个工作站相互连接而成。它们分别是上料检测站、搬运站、加工检测站、安装站、安装搬运站和分类站。这六个站连接成生产线后可完成工件类别的检测、加工、搬运、安装和分类。 各站流程图： 上 料 检测站 搬 运 站 加 工 检测站 安 装 搬运站 分 类 站 安装站 废 料 品存放 二、实验任务及要求

1、通过实际操作，熟知机电一体化系统的基本结构要素，了解机电一体化的相关技术。

2、剖析模块生产系统中各机械部分的工作原理及功能、机械结构和传动方式，绘制工作原理图、主要部件图及其转配图，并在此基础上加以改进。

3、剖析模块化生产系统的气压传动过程，熟悉气压传动的基本元件和回路，绘制各工作站气压传动回路工作原理图，在理论分析的基础上能正确的选择各组成元件；了解各种传感器的基本结构、工作原理、特性及应用。

三、实习目的

通过对第三站（加工站）机械和气压传动的分析、测绘，了解其主要机械传动原理，和主要气压部件功能机作用，由此了解并掌握模块化生产线主要原理。

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四、机械部分篇

机电一体化机械部分又称为机械本体，机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用

1、 加工站机械结构简图

加工刀具 加工刀具 工作旋转台 加工刀具 工位传感工件检测传感器

如上图所示：当接收到前站信息后，回转台转过一个工位（由工位检测传感器控制转过角度）同时由工件检测传感器检测工位上是否存在待加工的工件，若有待加工的工件，工作台旋转到位后，有计算机处理控制，孔加工单元对工件进行加工处理，同时检测传感器下降对上一环节已加工工件进行检测，判断其是否为正品，并将信息传递给下一站。 若工件检测传感器检测工位上没有工件，则之后各环节轮空一个环节，工作台继续旋转，直至检测到有工件存在，加工继续正常进行。

加工站的机械传动部分比较简单，主要由气动装置控制加工刀具和检测传感器的进程和回程；而回转台的旋转由异步电机直接提供动力，两个加工刀具也由独立电动机提供动力。

五、 气压传动篇

气压传动件简图

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该加工站有三个气压元件，均为二位五通的气压阀，其工作原理为当气缸上端的传感器检测到活塞位于气缸上端时，传感器发出信号，经电脑处理，向气压阀发出指令，此时，气压阀位于图中所示位置，气缸上端通气，下端排气，气缸下行；反之，下端通气，上端排气，气缸上行。

六 传感器元件

1. 光电传感器（E3F-DS10C4） 工作电压UB [V] 持续电流IL [mA] 响应时间 指向角 光源种类 短路保护 极性保护 2.磁性传感器（D-Z73） 负载电压UB [V] 持续电流IL [mA] 响应时间 安装方式 短路保护

24 5~40mA ≤1.2ms 轨道安装 有 6--36 ≤200 ≤3ms 3°—10° 红外光 有 有 3

3.高灵敏位移传感器（VLG10-8） 负载电压UB [V] 持续电流IL [mA] 频率 环境温度

4.接近传感器（LJ1A3-2-Z/BX） 安装形式 埋入式 10-36 ≤200mA 500Hz -25-70℃

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工作电压 输出电压 线性距离 标准检测体 静态电流 电流输出 响应时间 防护等级 温度影响 绝缘电阻 耐压 抗振动 抗冲击 环境温度 环境湿度 直流型：15-30VDC 0-10V和10-0V两组模拟量电压输出 2-10mm 其中重复定位精度：1.5% 30×30×1mm铁 ≤20mA 阻性负载10mA（运算放大器输出形式） 3ms IP65（IEC规格） 在-25℃到+70℃范围内，对在+25℃时的检测距离是在20%以下 ≥50MΩ Min （500VDC Mega基准） 1500VAC 50/60Hz 一分钟 抗振动：10-55Hz（周期每分钟）复振幅1mm，X、Y、Z各方向2小时 抗冲击：500M/S2( 50G ) X、Y、Z各方向3次 工作时 : -30 to +80℃(未结冰状态下) 储存时 : -30 to +80℃未结冰状态下 ) 工作时: 35 to 95% RH 5.D-Z73

内径 感应开关形式 使用电压 最大开关电流 最大开关切换频率 使用温度范围 耐冲击性 耐震东性 寿命

D-Z73（直接安装）

有触点感应 5-120V 100mA 1000HZ -10-70 30G 9G 500万次

七．改进方案

改进措施：

方案一：该加工站存在中途落料的缺点，为了改进这一缺点，可以将四工位工作台改为六工件工作台，其余部分各传感器不变，工件在旋转过程中，由第一工位检测是否有物料，若有物料，则程序正常运转，若没有物料，工作台继续旋转，

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但将信息通知下一个工位，下一个工位停止工作，即所有工位轮空一轮，直至工件检测传感器检测到有物料存在为止，其余工位才正常工作。

方案二：将电机改为交流电机，使电机具有正反转功能，将第一站设计成为兼具检测正次品的功能，本加工站的检测正次品功能主要是依据工件的材质，在第一站检测到是次品后，电动机反转，直接将次品运送到最后一个工位，当检测到有正品时，电动机正传。

二：机械臂

1.训练目的：

1）熟悉系统基础硬件构成、了解各部件名称、功能、选型依据和使用方法、了解网络系统配置及操作特点。

2）熟悉系统基础软件，了解控制软件平台、了解示教再现控制方式及其演示软件、学习对机器人控制中两种坐标空间运动模式的操作设计。

3）通过机械臂的操作使用，了解部分控制器件的功能、使用方法和基本控制原理，了解机械臂素描绘图控制的图像处理技术。

4）通过编程训练，学习工业机器人控制绘图语言的基本编程方法，了解机械臂绘图的基本算法。 2. 训练任务及要求：

1）测定机械臂结构，描述机械传动部分的结构形式、运动模式及减速器的结构原理并绘出机构运动示意图。

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2）了解机械臂控制系统电器控制部分的主要器件，绘制控制系统框图。标注各部件的主要功能、型号及参数。

3）学习编写控制程序，设计绘图程序，控制机械臂绘出实际图形。

3.实验内容 1实习设备

硬件：GRB 2002机械臂系统一套、PC 机一台、GT-400-SG-PCI/ISA 型四轴脉

冲型开环运动控制卡、GCB-100两轴驱动电气箱、彩色显示器、鼠标。

软件：Windows XP操作系统、

运动控制器Windows驱动程序和运动控制动态连接库、 机器人图形示教和语言编程软件。 2 机械传动部分的结构形式

二自由度机械臂只有两个旋转运动关节，在第二个旋转运动关节的末端安装了

笔和笔架便于验证机械臂末端的运动轨迹，主要使用交流伺服电机和谐波减

速器驱动，交流伺服电机运转平稳，输出力矩恒定，过载能力强，加速性能好，可以取得很高的控制精度，交流伺服电机轴后端带有标准2500线增量式光电编码器，控制精度远高于步进电机。 3机械传动部分减速器的结构原理

谐波减速传动是一种依靠齿轮的弹性变形运动来达到传动目的的新型 传动方式，它具有重量轻、结构简单、传动比大、承载力强、运转平稳和运动精度高等特点。

谐波传动包括三个基本构件：波发生器、柔轮、刚轮。三个构件可任意固定一个，其余两个一为主动、一为从动，可实现减速或增速（固定传动比），也可变换成两个输入，一个输出，组成差动传动。

当刚轮固定，波发生器为主动，柔轮为从动时：柔轮在椭圆凸轮作用下产生变形，在波发生器长轴两端处的柔轮 轮齿 与 刚轮 轮齿完全啮合；在短轴两端 处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全脱开；在波发生器长轴与短轴的区间，柔轮轮齿与刚轮轮齿有的处于半啮合状态，称为啮入；有的则逐渐退出啮合处于半脱开状态，

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称 为啮出。由于波发生器的连续转动，使得啮入、完全啮合、啮出、完全脱开这四种情况依次变化，循环不已。

谐波发生器在柔轮内转动时，迫使柔轮产生连续的弹性变形，此时波发生器的连续转动，就使柔轮齿的啮入—啮合—啮出—脱开这四种状态循环往复不断地改变各自原来的啮合状态。这种现象称之错齿运动，正是这一错齿运动，作为减速器就可将输入的高速转动变为输出的低速转动。 4．机构运动示意图

机械臂工作原理为：该机械臂有两个交流伺服电机，分别控制机械臂的大臂和小臂，该机械臂采用逆运算，控制着通过计算机输入坐标，经过AD转化将模拟量转化为数字量，在经过计算机计算处理，转变为对应角度的数字量，在经过DA转换，将数字量转化为电机能够是别的模拟量，在经过谐波减速器减速控制大小臂转动一定的角度，实现画图的功能。 5．控制系统框图如图所示：

6．各部件的主要功能、型号及参数

伺服驱动器 ：将变频信号源（微机或数控装置等）送来的脉冲信号及方向

信号按要求的配电方式自动地循环供给电动机各相绕组，以驱动电动机转子正反向旋转。

型号为Panasonic MADDT1205003 200V 输入 输出

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电压 电阻 电流 频率 功率

200~240V 1Φ 1.3A 50/60Hz 100W 6 9.4V 3Φ 1.2A 0~333.3HZ 增量式光电编码器 ：测出被测轴的相对转角和转动方向，并发出脉冲信号。

特点：增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任

意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固

定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。

交流伺服电机：为系统提供驱动动力，其型号为松下交流伺服电动机。 型号为 Panasonic MSMD5AZP1U

输入电压 3ΦAC 43V 输入电流 1.1A 输出功率 0.05KW 励磁频率 200Hz 额定转速 3000r/min

光电开关传感器:光电开关是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。 发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管（LED）

和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。受脉冲调制的光束辐射强度在发射中经过多次选择，朝着目标不间接地运行。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 型号： 日本 欧姆龙 EE-SPY412 输入电压 5 ~ 24 VDC 输出信号 80mA/1V,10mA/0.4V 检测精度 5mm

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三 宝贝车

1.训练目的

通过训练,了解一个完整的、可以运动机器人的组成、掌握机器人的运动路径规划方法及定位精度，重复定位精度、任务执行参数等的确定方法、了解目前机器人的能量供给的形式，掌握控制部分和执行部分的供电方式、理解机器人的运动系统的构成及其原理、了解机器人探测周边环境的传感器，掌握单片机对传感器的信号的采集方式、了解机器人的控制方法、了解机器人与用户交换信息的各种方法、通过训练，学会独立完成开发一个基于单片机控制的机电系统。 2. 训练任务及要求：

1）熟悉宝贝机器人的组成部分，组装并测试好宝贝机器人。

2）宝贝机器人的前进、后退单方向行走距离不小于10米，可以左转弯、右转弯，并在允许范围内可调节速度。

3）陈述清楚宝贝机器人如何实现运动。

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4）掌握宝贝机器人的人机交互关系，陈述清楚宝贝机器人如何实现人机交互。 5）陈述清楚宝贝机器人有哪些传感器，传感器的信息如何传送到单片机。 6）完成宝贝机器人的触觉导航、光敏电阻导航、红外线导航、距离检测这四个任务，并陈述清楚其原理。 3 实验结果 （1） 宝贝车模型

（2）宝贝车程序流程图

（3）宝贝车编程

#include \"Apps/SystemTask.h\" uint8 SERVO_MAPPING[4] = {1,2,3,4};

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int main() {

int in0 = 0; int in1 = 0; MFInit();

MFInitServoMapping(&SERVO_MAPPING[0],4); MFSetPortDirect(0x00000FFC); MFSetServoMode(1,1); MFSetServoMode(2,1); MFSetServoMode(3,1); MFSetServoMode(4,1); //循环 while (1) {

//向左转

in0 = MFGetDigiInput(0); //向右转

in1 = MFGetDigiInput(1); //第一次判断

if ((in0==1)&&(in1==1)) {

//前进

MFSetServoRotaSpd(1,-512); MFSetServoRotaSpd(2,512); MFSetServoRotaSpd(3,512); MFSetServoRotaSpd(4,-512); MFServoAction(); DelayMS(1000); } else {

//第二次判断 if (in0==0) {

//后退

MFSetServoRotaSpd(1,512); MFSetServoRotaSpd(2,-512); MFSetServoRotaSpd(3,-512); MFSetServoRotaSpd(4,512); MFServoAction(); //延时

DelayMS(1000); //向右转

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MFSetServoRotaSpd(1,-100); MFSetServoRotaSpd(2,600); MFSetServoRotaSpd(3,600); MFSetServoRotaSpd(4,-100); MFServoAction(); DelayMS(1000); } else {

//后退

MFSetServoRotaSpd(1,512); MFSetServoRotaSpd(2,-512); MFSetServoRotaSpd(3,-512); MFSetServoRotaSpd(4,512); MFServoAction(); DelayMS(1000); //向左转

MFSetServoRotaSpd(1,-600); MFSetServoRotaSpd(2,100); MFSetServoRotaSpd(3,100); MFSetServoRotaSpd(4,-600); MFServoAction(); DelayMS(1000); } } } }

四．工作原理：

我们组装的避障小车舵机ID设置为1（前轮左）,2（后轮左）,3（前轮右）,4（前轮后）。

在开关打开状态下，下车直线前进，在遇到障碍物时，由传感器检测到障碍物，小车先停车然后后退。在左侧传感器检测到障碍物时，小车后退并向右转，同理，在右边的传感器检测到障碍物时，小车向左转。

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四．农业机械装备 1.实验目的

（1）了解洋马乘坐式高速插秧机的基本情况 （2）掌握插秧机分插机构的基本结构、运行轨迹 2.实验结果

（1）洋马乘坐式高速插秧机简介

洋马乘坐式高速插秧机发动机动力储备强劲，VP6D/VP8DN配置洋马三缸水冷直喷式柴油发动机，VP6G配置双缸油冷式发动机。

洋马乘坐式高速插秧机配置了无需离合器就可变速的踏板式无极变速装置HMT系统，行走变速箱HMT（HST+行星齿轮变速）变速平稳，比传统HST传动效率高15%。

栽秧台自动水平控制装置UFO（VP6G），使栽培台在水平状态下作业，确保载幅内插秧深度一致，通过机身平衡与秧台平衡两部位传感器，控制电子开关瞬时调整油缸动作，使插秧机秧台作业过程中始终处于水平状态。

偏置式插植臂，对应小株距、超龄秧苗更有适应性，插植机构配备可靠的护苗导轨，确保秧苗在直立状态下插秧。秧台升降平衡，吸收因田块高地不平形成对栽秧台的振动，使秧台轻松地高精度作业。

插植深度自动补偿装置可根据作业面水的深度，调节深度补偿开关，让插秧机在泥面作业。根据不同田块泥面的软硬程度，调整浮船对地压力，实现稳定的插植深度。灵敏的油压感度控制，保持秧台浮船对作业泥面的合理压力，是稳定插秧深度的保证。踏板变速与油门同步，踏板无级变速，液压助力转向，像驾驶

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轿车一样的感觉，舒适轻松。对行非常简单，后轮无制动转向架前轮液压助力转向的差速，轻松实现小半径转弯，由于不需要单边制动，保证转弯作业区田块的平整，所以可以连续作业。所谓无制动转向，是指转向时只需转动方向盘就能自动断开内侧后轮的驱动，使转向轻松地完成。

插秧部升降和左右划线杆电控操作，常用的手柄都集中在方向盘四周，操作简便舒适，提高作业效率。VP6D可加装测深施肥机和田块平整装置。选装侧深施肥装置，插秧过程中在秧苗根部施加缓释肥，提高肥料的利用率，保证秧苗后期返青壮苗。插秧、根部施肥同时进行，更省工；根部精良施肥、减少流水施肥，更节肥；减少流水施肥造成的环境水体污染，更环保。选装田块平整装置，提高插秧前泥面的平整，稳定插秧深度。

（2）偏心齿轮传动分插机构。偏心齿轮传动分插机构是由日本农机化研究所开发的。这种分插机构利用偏心齿轮达到了变速比的目的。该机构总共有五个全等偏心齿轮，其中太阳轮是固定不动的，中间轮和行星轮对称布置，栽植臂固定在 行星轮上面， 当行星架旋转时， 中间轮和行星轮也会绕轴转动，形成固有的秧爪轨迹运动。但是，当偏心齿轮转动时，互相啮合的齿轮间隙容易发生变化，机构一旦高速运转起来就容易引起大的振动，导致插秧质量下降。

机电一体化实习总结：

为期两周的实习结束了，在这两周里，我们解除了先进的机电一体化设备，了解了机电一体化在生产生活中的重要作用，更加了解到自己与实践中所要求的机电一体化人才之间的差距。

在实习中，我们先后进行了模块化生产线、机械臂、宝贝机器人三个环节，今年李老师为了我们更好地了解和应用机电一体化技术，特意增加了农业机械装备这一实践环节，在实际生产中了解了机电一体化对机械的影响。

模块化生产线我做的是第三站—加工站，初见模块化生产线，感觉比较神奇，在程序的控制下，各工序有序不乱的进行着，省去了大量的劳动力。第三站加工站，感觉是机电一体化显现最好的环节，在PLC的控制下，加工站实现了检查工件、加工工件、检测正次品、定位工序的功能，无处不体现着自动控制的魅力。 但在实习中我也发现系统中存在的一些问题，比如该系统无法再工件中途落料时做出反应，由此引发了关于在加工站颜色混乱的现象，经过三天的实习观察，我最终提出来两个解决方案。

此外，模块化生产线有部分损坏，系统太过陈旧，不能正常运行，大大影响了我们的感知，实习中只能对着一堆模型学习。希望学校、老师能够及时更换新的模型系统。

宝贝机器人实习最为有趣，就像以前玩的手办一样，一堆的零件，根据自己的兴趣想法任意组装，我们组装了一个行走机器小车，通过编程实现了遇见障碍物自动回避躲闪的功能，在实习过程中我们4人实现了合作共赢的效果，一起组装、

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一起调试。

在实习过程中，我们也遇见了不少的麻烦，首先是没有考虑好电机的转向，导致组装过后小车四个车轮不协调，不能直线行走；其次编程成为了一大障碍，以前学过的编程也已经忘记了，我们不得不重新学习了一遍编程。

机械臂实习中，大家根据自己的喜好、想象用机械臂勾画自己设计的图案，我自己画了一个wifi的标志。实习不仅仅是画出图形，还要了解整个控制系统的调控原理、机械臂的结构、工作原理、运行条件等，在李老师的详细讲解下，我们逐渐弄明白了整个机械臂的原理。

最后的农业装备实习感觉是最有难度的一个，在这个环节中我们不仅要了解机器的结构原理，还要懂得其运行轨迹，并且还要绘制出其结构原理图，运行轨迹图，好在在我们的通力配合，不断地查阅各种资料，我们逐渐弄明白了插秧机分插机构的结构和运行轨迹。圆满的完成了实习。

实践的时间总是短暂的，不知不觉中就已经结束了，在实习中我们更加深刻的体会到机电一体化的功用，活学活用了课本中的知识，为我们以后将来的就业打下了坚实的基础。

展望：

希望在以后的实习中，能够增加对机电一体化机器个拆装，使同学们能够直观的了解机器的结构，增加感性认识；同时希望能够引进更加先进的设备，使同学们了解机电一体化的发展现状及前景。

评 阅 《机电一体化综合训练》总结

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姓名 陈正 学号 2012013120 专业班级 机化122 实验指导教师 李星恕 郭红利 侯俊才 李卫

西北农林科技大学机械与电子工程学院

2015年7月

目录

模块化生产线概述>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第1页 实验任务及要求>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> 第1页 实习目的>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> >>>>>>>>第1页 机械部分篇>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第2页 气压传动篇>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第2页 传感器元件>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第3页 改进方案>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> >>>>>>>>第5页 机械臂>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> >第1页 训练目的>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> 第6页 训练任务及要求>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第6页 实验内容>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第6页

各部件的主要功能、型号及参数>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第8页 宝贝车>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> 第10页 训练目的>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第10页 训练任务及要求>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第10页 实验结果>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第10页 工作原理>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第13页 农业机械装备>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> 第14页 实验目的>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第14页

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实验结果>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第14页 机电一体化实习总结>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第15页 展望>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第15页 附分插机构图及其运动轨迹

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