機(jī)械專業(yè)外文文獻(xiàn)翻譯-外文翻譯--生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略

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生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略：在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人摘要們的發(fā)展是基于弗吉尼亞理工大學(xué)器人技術(shù)和機(jī)械實(shí)驗(yàn)室）使用生物啟發(fā)的新型運(yùn)動(dòng)策略。我們通過學(xué)習(xí)自然模型，然后模仿或獲取來自這些設(shè)計(jì)和進(jìn)程中的靈感，為移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)，應(yīng)用和實(shí)施了新的方式。不同于大多數(shù)地面移動(dòng)機(jī)器人使用的常規(guī)手段的運(yùn)動(dòng)，如車輪或軌道，這些機(jī)器人展示獨(dú)特的移動(dòng)性特點(diǎn)，使在某些環(huán)境下運(yùn)動(dòng)困難的常規(guī)地面機(jī)器人變得適應(yīng)。這些新型的地面機(jī)器人，包括：整個(gè)皮膚運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，它從似變形蟲的運(yùn)動(dòng)機(jī)械受到啟發(fā)；三條腿的 機(jī)器人 三 動(dòng) 實(shí)驗(yàn)型機(jī)器人）， 用 動(dòng)的 動(dòng)式運(yùn)動(dòng)； 機(jī)器人 的機(jī)器人 ）使用 在 的環(huán)境中；人形機(jī)器人 人 機(jī)器人）使用動(dòng) ；移動(dòng)性 的機(jī)器人￠￡?￥? 的 移動(dòng)§用了一'新型車輪和腿“ 運(yùn)動(dòng)的策略。?于??們 后–?它們的性 ??面·的 ?進(jìn) ??。?”?動(dòng)，移動(dòng)機(jī)器人。 11…‰ ?中 的`′后，在? 地（911?ˉ?˙中¨ 的…‰ ?中 ??）， ??ˇ 機(jī)器人計(jì)— 室從機(jī)器人 和 中得到 ， 在為 ?的一 a 中 ，機(jī)器人的移動(dòng)性是 為??機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)?要o 性 是 ? 和 。 a 進(jìn)一 ，用機(jī)器人在? 地 使用軌道 動(dòng)器一???于車輪在不§?的地面，不過， ￠ 的運(yùn)動(dòng)策略必須 進(jìn)一 調(diào)查。不同與空中或海?運(yùn)輸?shù)能囕v在 們的旅 區(qū)域 幾乎可?達(dá)到 何一個(gè)?的地，今天使用的大?分地面車輛，在穿越大障礙和攀登陡坡時(shí)￠困難，這是由于 ￠o的移動(dòng)性，尤 是在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下。著機(jī)器人 技術(shù)的進(jìn) ，和移動(dòng)機(jī)器人在新的應(yīng)用領(lǐng)域增 ，機(jī)器人替換基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的需要，這可?使它們?cè)?調(diào)遣到復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化地形中時(shí)變得至? 要。??地面車輛的運(yùn)動(dòng)的方法是基于車輪，鐵軌或 條腿，自身的長處和短處。為了使移動(dòng)機(jī)器人適應(yīng)一個(gè)地區(qū)的復(fù)雜地形，一'新的運(yùn)動(dòng)方法是必要的。例如，為了 夠找到 困在¨ 大樓中的人，–需要身處狹窄拐角的機(jī)器人 夠在瓦礫下或之間移動(dòng)。??的運(yùn)動(dòng)方法，可?做到這項(xiàng)工 的一?分，但在實(shí)現(xiàn)些功 時(shí)， 們卻只￠￠o的?功。1生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人我們通過學(xué)習(xí)自然模型，然后模仿或獲取來自這些設(shè)計(jì)和進(jìn)程中的靈感，為移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)，應(yīng)用和實(shí)施了新的方式。在本文中，我們呈現(xiàn)了5個(gè)地面移動(dòng)機(jī)器人，它們的發(fā)展是基于弗吉尼亞理工大學(xué)的器人技術(shù)和機(jī)械實(shí)驗(yàn)室）使用的生物啟發(fā)的新型運(yùn)動(dòng)策略。不同于大多數(shù)地面移動(dòng)機(jī)器人使用的常規(guī)手段的運(yùn)動(dòng)，如車輪或軌道，這些機(jī)器人展示獨(dú)特的移動(dòng)性特點(diǎn)，使在某些環(huán)境下運(yùn)動(dòng)困難的常規(guī)地面機(jī)器人變得適應(yīng)。個(gè)皮膚運(yùn)動(dòng)）是 一個(gè)生物，￠一細(xì)長圓環(huán)形狀的身體用來 為表面為牽引，皮膚是用來 動(dòng)通過循環(huán)的收縮與擴(kuò)張。構(gòu)這'啟發(fā)的新型運(yùn)動(dòng)策略，來自某些單一方式的細(xì)胞生物體， 例如 變形蟲 （巨變形蟲）的運(yùn)動(dòng)。這些生物體的運(yùn)動(dòng)是由細(xì)胞質(zhì)環(huán)流過程（圖1 ） 形式的細(xì)胞質(zhì)流在 外質(zhì)管中流動(dòng)， 轉(zhuǎn)化為凝膠狀的外質(zhì)?端的表層皮膚，最后在細(xì)胞質(zhì)的外皮膚后?回復(fù)到液 的形式。這連續(xù)細(xì)胞 外質(zhì)的轉(zhuǎn)化是 變形蟲向?運(yùn)動(dòng)的￠ 動(dòng) 。如果不可 的?，直接用機(jī)器人模仿這細(xì)胞質(zhì)環(huán)流的過程是很困難的事。因 ，代替使用細(xì)胞質(zhì)液體凝膠轉(zhuǎn)型的過程，'皮膚可?拉長，然后在一個(gè)單一連續(xù)的運(yùn)動(dòng)中 意 外旋轉(zhuǎn)，在變形蟲外質(zhì)管中￠ 地生?整體的細(xì)胞質(zhì)環(huán)流運(yùn)動(dòng)（圖2 ）。圖3和圖4顯示了一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)，它使用一個(gè)灌滿水的長的￠彈性的￠機(jī)硅皮膚環(huán)形管，?演示運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的可 性。2生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人圖2. 同 固體管整個(gè)皮膚運(yùn)動(dòng)模型 通過 動(dòng)環(huán)的收縮（1a，2a，3a ）?擴(kuò)大（1b，2b，3b ）產(chǎn)生的 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（ a ） （ b ） （ c ）3. 拉 彈性皮膚模型運(yùn)動(dòng)的一 圖4. 拉 的 動(dòng)模型運(yùn)動(dòng)的一 機(jī)器人使用整個(gè)皮膚運(yùn)動(dòng)可?在與機(jī)器人 接 的環(huán)境中的 何表面?移動(dòng)，不?是地面， 或 的障礙物，或天 ，因?yàn)檎麄€(gè)皮膚是用于運(yùn)動(dòng)。與一彈 膜或 狀的接 為 外?皮膚，機(jī)器人可?很 ? 在障礙之間或在¨ 的天 下，使用接 面為牽引向? 進(jìn)，或 至 本身通過直 于 的 。 動(dòng)式運(yùn)動(dòng) 動(dòng) 的三 運(yùn)動(dòng)3生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人圖5. 三 動(dòng) 實(shí)驗(yàn)型機(jī)器人（自 三 動(dòng) 實(shí)驗(yàn)型機(jī)器人）是一'新型的三 機(jī)器（圖?） ， 用 動(dòng)動(dòng) 動(dòng)的運(yùn)動(dòng) ，動(dòng) 與 ￠ ￡和最 ? 使用 獨(dú)特的三 （圖6 ）。不￥ 的 動(dòng)動(dòng) 的機(jī)器，這'獨(dú)特的三 運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，是?三 ?§'“，它可??變方向，和?? ?使得它可實(shí) 4生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人圖6顯示單 三 的 。從開 的§6 （ a ）） ，機(jī)器人轉(zhuǎn)變 ，通過調(diào)整它的 個(gè)–? 接（圖6 （ b ）） ，機(jī)器人的身體 在?¨的方向·直于 地三角（圖6（ c ）） ，?軸?旋轉(zhuǎn)“ 為由 個(gè)??的”腿。?￥在機(jī)器人?¨時(shí)，中間的腿（…動(dòng)腿） 自然…動(dòng)到 地腿之間（圖6 （ d ））?‰?¨（圖6 （ e ））。由于腿接 地面，機(jī)器人 通過 ? 連接， `′ ，為下?的 （圖6 （f ）） ? 。三 的?”是自然…動(dòng)運(yùn)動(dòng)的…動(dòng)腿，和機(jī)構(gòu)?于?ˉ–???連接的 個(gè) 地腿。適˙的機(jī)械設(shè)計(jì)¨數(shù)（質(zhì) 和性 方面的ˇ ），用 動(dòng) 結(jié)構(gòu)?展 動(dòng)動(dòng)動(dòng) 運(yùn)動(dòng) ，?最?o 的? 和 ￠ ?進(jìn) 復(fù)運(yùn)動(dòng)。?變方向是在一個(gè) ˙￠?的方式下ˇ ：通過?變— …動(dòng)腿的 ，三 可?在0 °區(qū)間的方向移動(dòng)機(jī)器人（圖7 ）圖7. 轉(zhuǎn)變方向的 ?略簡單的三 ? 的三 ￠很多?′ 過 它腿式機(jī)器人：它￠一個(gè)簡單的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)（? 動(dòng)物 ， 動(dòng)物 ，或 動(dòng)物）?‰ ”腿之間，一條腿和身體的 ， ˙'“（如 機(jī)三 ?）；簡單的? （? 動(dòng)物）?因 運(yùn)動(dòng)是一個(gè)在 “方向的簡單下 ?? 下 ；它 是 ￠，在動(dòng) 學(xué)?用 動(dòng)動(dòng) 運(yùn)動(dòng) ;它 ，使它 發(fā) 到難?進(jìn) 的領(lǐng)域，例如，它使? 和“§ 感器在 的§ 變得非常理?。5生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:的三 在 環(huán)境下的 膠 靈感來自 天 ??進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的9 ） ，在弗吉尼亞理工大學(xué)的機(jī)器人技術(shù)和機(jī)械實(shí)驗(yàn)室? 一' 機(jī)器人的?o§ 運(yùn)動(dòng)和如圖10 的機(jī)器人 ）￠6個(gè)4自由 的 體軸? 器人本體與動(dòng)??點(diǎn)在 ?￠一個(gè)大的工 空間?？?換的?端ˇ 器/ 用于?o?'?o方面例如 在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，攀登，和靈?的 。圖9. 天 ??進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的多 的機(jī)器人 的 軸? ??， ?連接到機(jī)構(gòu)，由一個(gè)三自由 動(dòng)?的ˇ了一個(gè) 的運(yùn)動(dòng)類似于 髖??。中途沿是一'單自由 的ˇ 它 了一 類似的運(yùn)動(dòng)類似于肘或膝??。這'??使￠ 的工 空間。整個(gè)§機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人是大約16英寸，直 10英寸，身 與外表昆蟲或蜘蛛一樣。碳纖維復(fù) 體進(jìn) 鋁聚 物電池， 腦，??可 換的 感器，包括立體 覺的接口 機(jī)。 由一個(gè) 級(jí)鋁框?和碳纖維復(fù) 材料外–骼皮膚建造。過轉(zhuǎn)口貨品中最大芯直流電動(dòng)機(jī)通過分 式可變方式? 動(dòng)。在端?，可 換?端ˇ 器/ 它用于?'實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用。圖10. 的機(jī)器人 與 的機(jī)器人設(shè)計(jì)方法不同，它 求模仿生物學(xué)和工程 者 一，L 起￠缺乏一些必要的生物分子;生物分子專門用于 為一個(gè)設(shè)計(jì)工具。機(jī)器人的?的是沿著表面結(jié)構(gòu)移動(dòng)，它的靈感來自于沿著底?和巖石之間移動(dòng)的多 靈?的海洋生物。馬?可舉的例子便是章魚和海星， 中 們的顯著特點(diǎn)是軸? ， ?身體尺寸來說 ?長。軸? 機(jī)器人是全方§的，面?一個(gè)特“方向的移動(dòng)或?省 昂貴運(yùn)動(dòng)。 外，長的 產(chǎn)生一個(gè) 闊的工 空間。中應(yīng)用領(lǐng)域是在 情況下自?地在太空中檢查維修車輛和結(jié)構(gòu)。使用￠ 的機(jī)器人是最￠?途的技術(shù)，例如共聚物技術(shù); 使用機(jī)器腿在空間車輛或結(jié)構(gòu)的外表面爬 檢查和維修不過，使用￠ 的機(jī)器人在 的環(huán)境中創(chuàng)造了一整套新的問題和要求。在 環(huán)境中運(yùn)動(dòng)需要使用確保 于表面的方法，這可 是通過抓住在表面? 用磁鐵，吸杯的某些功 來 ?。它的靈感來自 在·直 ?爬和在天 ?下 的 ，未來版本的–使用 膠 在 的環(huán)境下 于表面，因?yàn)檫@是最￠?途的技術(shù)，使機(jī)器人 表面的運(yùn)動(dòng)和程變的'“。型車輪腿“ 運(yùn)動(dòng)策略§語言 是一'非結(jié)構(gòu)化環(huán)境無人 ，新型 流動(dòng)性運(yùn)動(dòng)§11 ） 。 用單獨(dú) 動(dòng)無框車輪輻條，它可?按 輪廓不?勻的表面，如路軌，越過大的障礙，如￠腿車輛，保留簡單的車輪（圖12 ）。因?yàn)樗狈?fù)雜的腿和?￠一個(gè)大型￠ 的（輪）直 ，這個(gè) 自適應(yīng)性 可? ?地移動(dòng)到?端的地形，同時(shí)保?一“的運(yùn) 速 ，從而在 和 ，科學(xué)探 ，和進(jìn) ?的應(yīng)用中￠很大的潛7生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人。圖11. 渲染圖象是用了 個(gè) 動(dòng)車輪， 進(jìn) 模 移動(dòng)和適應(yīng)地形的一些例子我們分析了運(yùn)動(dòng)學(xué)和模 機(jī)器人用 個(gè) 動(dòng)車輪在§?地形?的運(yùn)動(dòng)，它們 用一個(gè)， 個(gè)，三個(gè)點(diǎn) 接 （圖13 ）。這表明一個(gè)點(diǎn)接 模式￠ 個(gè)自由 ，運(yùn)動(dòng)的輸 可? 意—“。這'模式– 機(jī)器人移動(dòng)，同時(shí)為質(zhì) 中 保?恒“的 ，我們已經(jīng)通過模 進(jìn) 了證明。至于這個(gè)模式的結(jié)果表明，通過?變方§角發(fā)生離散，采取措施?變不同的長 和左右車輪。 個(gè)點(diǎn)的接 方式顯示￠一個(gè)自由 ，— 一個(gè) 長，– 向§面的中 軸軌道 為確“的車輪角 函數(shù)。這'運(yùn)動(dòng)模式只用 個(gè)輪子便 靜 地'“ ，還可用于承受￠ 載荷。 三點(diǎn)接 結(jié)構(gòu)顯示為 的自由 ，但是在固“的中，它–￠額外的'“性，讓機(jī)器人?￠ 的立 之地。8生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:車輪? 自由 的不同模式的運(yùn)動(dòng) 圖?于瞬 轉(zhuǎn)變的 后得到開發(fā)，在逐漸轉(zhuǎn)變過程中￠三個(gè)接 點(diǎn)，迫使基 ?與機(jī)器人的軸?斜交（圖14 ）。 了 結(jié)構(gòu)，通過在 機(jī)構(gòu)中分析機(jī)器人獲得 為一個(gè)空間分析獲得的 形 一個(gè) 一?的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型可?用來分析共面基 軸?和斜交基 ?的 '情況，?? 分析 個(gè) 動(dòng)輪輻車輪 。的轉(zhuǎn)向策略 要驗(yàn)證我們的模型分析和在下一 段項(xiàng)?的 ，我們已設(shè)計(jì) 了 一個(gè)輪輻車輪 動(dòng)的樣機(jī)（圖 ）–用于生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略: 運(yùn)動(dòng)的仿人機(jī)器人 人機(jī)器人與情a）是一'仿人機(jī)器人 和表演，￥人類一樣，它已發(fā)展?一個(gè)為?o機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的?o§時(shí) ?為弗吉尼亞理工大學(xué)的 ?進(jìn) 2007 機(jī)器人…‰杯 的基礎(chǔ)§16，17）。 600 ， 4 的機(jī)器人￠21個(gè)自由 （通過分 式? 與可? 的無芯直流電動(dòng)機(jī)進(jìn) 動(dòng)。 用計(jì) 機(jī) 覺 ? ?，在 ?的 性 ，和在 ?的多 感器， 越障礙時(shí) ?人類一樣的 ， 夠越過不§?的復(fù)雜地形， ?復(fù)雜為，如 ?。圖和個(gè)項(xiàng)?的?續(xù)?o的? 是發(fā)展機(jī)器人§?o與¨ 2007 機(jī)器人…‰杯? ?的問題，（產(chǎn)生和實(shí)現(xiàn)一個(gè)動(dòng) ，使用 ?點(diǎn)? ，為了 運(yùn)動(dòng)規(guī)—和￠障，基于 覺的? ，在不§?地形下散 ， ?的復(fù)雜 為￡發(fā)展 法和策略）。10生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人圖17. 人 機(jī)器人個(gè) ?的鋁–骼結(jié)構(gòu)與?速?型￥膠皮膚表面。它的?§和腿連接到機(jī)構(gòu)由三自由 動(dòng)??點(diǎn) 了 的運(yùn)動(dòng)，與 和髖??類似。是? 與可變動(dòng)。 機(jī)器人￠ 個(gè)2100 電池 為 電￠， 腦處理，三￡“??，?感器包括一個(gè) 覺接口 機(jī)和 下感器。??新版本的發(fā)展，在弗吉尼亞理工大學(xué)，2007 機(jī)器人…‰杯?在設(shè)計(jì)進(jìn) 中，來自機(jī)械工程 和建 設(shè)計(jì)學(xué)–的?o生和 級(jí)本科生 ? 。們呈現(xiàn)了5個(gè)獨(dú)特的地面移動(dòng)機(jī)器人，在弗吉尼亞理工大學(xué)使用了新型運(yùn)動(dòng)策略￠ 的移動(dòng)性。 為證明，為發(fā)展這些機(jī)器人使用生物靈感和仿生學(xué)是?”。通過學(xué)習(xí)自然模型，然后模仿或獲取來自這些設(shè)計(jì)和進(jìn)程中的靈感，為移動(dòng)機(jī)器人在?'環(huán)境中具￠獨(dú)特移動(dòng)性的移動(dòng)，我們已經(jīng)?功地應(yīng)用和實(shí)施了新方式。 鳴謝者?感? ·科學(xué)基 ￥（海??o 室（?” ? ?”?…?）? ‰ ??進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（ 天 學(xué)– 學(xué) 項(xiàng)?）??弗吉尼亞理工大學(xué) 室和? 室`′人的?o（感? 們???的?o和開發(fā)， 感?工程?ˉ?（?續(xù)??這項(xiàng)工 ，通過弗吉尼亞理工大學(xué)ˇ 無人 ?實(shí)驗(yàn)??o（ 感? 者的?o生道¨拉 ?馬英¨拉??馬 ?瓦 特??? ˇ— 和 這些項(xiàng)?11生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人of By we ((a it by a 1. n a 1] of on 9/11 at 機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人be in As of to of or of 2, 3]. In to a an of a of is a a to be to do of of 4]. s or we to In we of 2. [5, 6] is a a of of an is as a is by 機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人1. of a as of ( 1) at at of 7, 8]a is to do if of SL is by a of a of in a of 2)機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人2. by 1a, 2a, 3a) 1b, 2b,3b) SL a to of a) .0 (b) (c) 3. of of of 4. of of of is be it or on or an a of as or a or as 5]. of 5生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人5. ( is a 5) 9 1], to ( 6). is it to be 機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人6. 6 of 6 (a)), as of by of 6 (b)), of in to 6 (c)), by As in 6 (d))6(e)). As by 6 (f)). of of of is in a of of 0°7)17生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人7. he a (or it is a it is to a a it is in it is to it is it at 8. a 18生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:PL’s 12, 13] (9), is a in 0, ( ( at a it to be as in 9. PL’s s a 3 a of to a of is a OF a of to a 16 in 0 or a s it 19生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人10. to s 2]; as a As to of to is to a or a is of is VA to on of in a of of by on by of to on be to on in as is on 0生物啟發(fā)的運(yùn)動(dòng)策略:在機(jī)器人和機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新型地面移動(dòng)機(jī)器人(