淺析仿人機(jī)器人專(zhuān)利發(fā)展?fàn)顩r

摘 要：仿人機(jī)器人是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，同時(shí)也是未來(lái)智能化服務(wù)的主要途徑。文章通過(guò)仿人機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀分析，認(rèn)為機(jī)器人結(jié)構(gòu)的改善將是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展的主要方向，進(jìn)一步通過(guò)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利分析，指出我國(guó)企業(yè)應(yīng)當(dāng)在國(guó)家戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型中加快仿人機(jī)器人產(chǎn)業(yè)專(zhuān)利布局。

關(guān)鍵詞：仿人機(jī)器人；專(zhuān)利；發(fā)展

引言

仿人機(jī)器人是集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、材料、傳感器、控制技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多門(mén)科學(xué)于一體的技術(shù)學(xué)科，代表著一個(gè)國(guó)家的高科技發(fā)展水平，是目前科技發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一，同時(shí)也是未來(lái)智能產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展方向。因此，仿人機(jī)器人的研制具有十分重大的價(jià)值和意義。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

自1969年Vukobratovic等人提出雙足機(jī)器人穩(wěn)定性判據(jù)理論ZMP以來(lái)，近半個(gè)世紀(jì)國(guó)內(nèi)外仿人機(jī)器人的樣機(jī)設(shè)計(jì)取得了突破性的進(jìn)展，其中尤以日本、美國(guó)最為突出。國(guó)內(nèi)仿人機(jī)器人起步較晚，自1985年以來(lái)各高校取得了一定成果，其中以哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)等最為典型。

2 仿人機(jī)器人專(zhuān)利分析

2.1 國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利申請(qǐng)分析

在專(zhuān)利申請(qǐng)方面，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利申請(qǐng)量差距較大，截止到目前，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量約為100件，國(guó)外申請(qǐng)量約為750件，其中國(guó)外專(zhuān)利申請(qǐng)量中，日本申請(qǐng)約占350件，美國(guó)約占250件，歐洲約占100件，其他約占50件，如圖1所示。

由圖1可以看出，在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，即從專(zhuān)利申請(qǐng)量來(lái)看，國(guó)內(nèi)落后于美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家將近10-20年。

2.2 專(zhuān)利申請(qǐng)方向分析

仿人機(jī)器人是一種多關(guān)節(jié)復(fù)雜機(jī)器人，從宏觀來(lái)看主要沿著結(jié)構(gòu)、控制兩大分支方向發(fā)展。對(duì)此進(jìn)行專(zhuān)利申請(qǐng)量分析，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)方面申請(qǐng)量幾乎是控制的兩倍（其中結(jié)構(gòu)為63%，控制為37%），說(shuō)明結(jié)構(gòu)的改進(jìn)是仿人機(jī)器人研究的熱點(diǎn)。這是因?yàn)榭刂评碚摲椒ê罄^乏力，相反結(jié)構(gòu)的變化空間較大，且考慮到專(zhuān)利申請(qǐng)及專(zhuān)利保護(hù)的現(xiàn)實(shí)性，作者認(rèn)為未來(lái)仿人機(jī)器人的專(zhuān)利申請(qǐng)還是圍繞著結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步改進(jìn)與優(yōu)化進(jìn)行。

通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)分支專(zhuān)利申請(qǐng)量進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。可以看出，各國(guó)結(jié)構(gòu)方面的研究主要集中在手指部，分析原因，這主要是因?yàn)槭种覆渴墙Y(jié)構(gòu)和控制最為復(fù)雜的執(zhí)行部件，其直接反應(yīng)了機(jī)器人的執(zhí)行能力。

由以上專(zhuān)利分析可以看出，仿人機(jī)器人結(jié)構(gòu)方面的研究比控制方面的研究更具潛力，而在結(jié)構(gòu)方面，又以手指部結(jié)構(gòu)的研究最為活躍。

2.3 仿人機(jī)器人手指部技術(shù)方展路線(xiàn)

仿人機(jī)器人的多數(shù)功能主要通過(guò)手部操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而手指設(shè)計(jì)水平的高低直接體現(xiàn)出仿人機(jī)器人的水平。通過(guò)專(zhuān)利分析可以看出，手指結(jié)構(gòu)主要分四大類(lèi)，分別是：鋼繩驅(qū)動(dòng)手指（A）、彈簧驅(qū)動(dòng)手指（B）、齒形驅(qū)動(dòng)手指（C）、智能材料驅(qū)動(dòng)（D）（混合型驅(qū)動(dòng)根據(jù)其主要驅(qū)動(dòng)形式將其歸并到前四項(xiàng)），各類(lèi)型手指結(jié)構(gòu)如圖3所示。

進(jìn)一步對(duì)手指結(jié)構(gòu)的專(zhuān)利申請(qǐng)量分析，2009年以前手指結(jié)構(gòu)主要采用鋼繩、彈簧驅(qū)動(dòng)，2009年以后多采用齒形結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。這主要是因?yàn)槭种附Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間有限，而鋼繩和彈簧設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單且節(jié)省空間，因此在整體尺寸較小的手指設(shè)計(jì)中，首選鋼繩、彈簧驅(qū)動(dòng)，然而上述驅(qū)動(dòng)方式使得控制過(guò)程復(fù)雜，精度較低，因此隨著先進(jìn)加工技術(shù)的進(jìn)步，易于控制且精度較高的齒形結(jié)構(gòu)被引入到仿人機(jī)器人手指中，其也是今后手指結(jié)構(gòu)的主要發(fā)展方向。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章簡(jiǎn)單回顧了仿人機(jī)器人發(fā)展歷史以及現(xiàn)狀，并進(jìn)一步分析了仿人機(jī)器人專(zhuān)利申請(qǐng)量、申請(qǐng)方向以及手指結(jié)構(gòu)，表明仿人機(jī)器人在結(jié)構(gòu)方面具有較大的改進(jìn)空間，隨著國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展方向的改變以及工業(yè)4.0的提出，文章對(duì)于我國(guó)機(jī)器人企業(yè)的研發(fā)方向以及專(zhuān)利布局具有一定指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：任大林（1988-），男，碩士，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作湖北中心審查員，目前主要從事機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)明專(zhuān)利實(shí)質(zhì)審查工作。

劉恒（1988-），男，碩士，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作湖北中心審查員，目前從事機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)明專(zhuān)利實(shí)質(zhì)審查工作。

劉琴（1988-），女，碩士，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作湖北中心審查員，目前從事發(fā)明專(zhuān)利實(shí)質(zhì)審查工作。