主從遙控式智能機器人專利分析

楊錳

摘要：本文通過對主從遙控式智能機器人領域中國專利文獻的檢索、標引和梳理，基于主從遙控式智能機器人的結構及控制特點，分析了該領域國內專利申請趨勢、技術分布情況，揭示了當前主從遙控式智能機器人的發展狀況及未來發展趨勢。

關鍵詞：主從遙控；機器人；控制系統

主從遙控式智能機器人的成功實現，極大地改善了機器人的作業能力。主從遙控式智能機器人一般包括主端控制系統、從端控制系統和視頻監控系統，運用軟件對系統進行控制，實現人機交互。

1 專利申請趨勢

主從遙控式智能機器人技術起源于美國，世界范圍內最早的該領域專利申請也出現于美國，隨后歐洲國家也涉足該技術領域，隨著科技的進步，從上世紀80年代開始，包括日本、德國在內的一些國家大量的出現了該領域專利申請，主要體現在機器人結構的改進，控制系統的優化等技術分支。而國內主從遙控式智能機器人起步較晚，專利申請量的發展趨勢大體分為三個階段，第一階段是從1985 年到2000年，該階段是主從遙控式智能機器人的萌芽時期，發展緩慢，年申請量較小，均在10篇以下；第二階段是穩步發展階段，從2001 年到2010 年，專利申請量穩定在1030篇；第三階段是高速發展階段，從2011 年到2017，專利年申請量每年大幅增長，主從遙控式智能機器人發展迅速活躍。

2 各技術分支專利申請情況

本文從主從遙控式智能機器人應用領域及技術路線的不同角度對專利申請情況進行分析。

（1）主從遙控式智能機器人應用于極限環境中，如人類很難接近的強輻射、高溫、高壓、窒息等環境，以及核電站原子反應堆的養護作業，空間、海底的開發，水災、火險以及地震時搶險救助等環境。

（2）主從遙控式智能機器人還應用于醫療手術環境中，如實現夾持縫合、剪切器官組織、微創外科手術等。

在極限環境、醫療環境的應用是該種類機器人最主要的應用場合，其中國內專利申請涉及極限環境應用的主從遙控式智能機器人目前累計數量已達1200多篇，涉及醫療環境應用的主從遙控式智能機器人目前累計數量已達800多篇；其中上海交通大學、哈爾濱工業大學、河北工業大學是應用于極限環境中主從遙控式智能機器人專利申請的主要申請人，占總申請量63%；清華大學、天津大學、合肥工業大學是應用于醫療環境中主從遙控式智能機器人專利申請的主要申請人，占總申請量的59%。目前國內該技術領域的專利申請人以重點高校為主，企業為輔，可見國內高校的知識產權保護意識較強。

（3）技術路線分支。主從遙控式智能機器人的技術可以分為作業路徑規劃、控制系統和本體結構等三個分支，其中本體結構分支專利申請量最大，占46%；其次是控制系統分支占39%；作業路徑規劃分支申請量相對較少，占15%。其中，國內申請人在各分支上的申請量相對均衡，而國內專利申請主要集中在本體結構上，國外申請主要集中在控制系統和作業路徑規劃上。隨著國內相關高校科研投入力度加大，相關企業數目增多，不同應用場合需要大量的不同結構的主從遙控式智能機器人，本體結構分支的專利申請量在短期內出現了快速增長。

主從遙控式智能機器人主要由主機械手和從機械手組成，主從機械手之間建立數學模型，利用計算機控制程序實現主機械手對從機械手的控制，通過主機械手的虛擬控制使從機械手完成作業。

主從遙控式智能機器人作業路徑規劃主要是指對的作業路徑進行預制定，在作業過程中根據環境的變化進行適應性調整，該過程中要求機器人傳感器將實時數據準確傳遞給控制計算機，并反映在顯示器上，操作者進行實時調控。目前國內申請人在該技術分支的研發正處于追趕階段，在核心技術上與國外還存在一定差距，而在華的國外申請人多為大型企業，其在機器人路徑規劃技術分支技術較成熟，并進行了全方位的專利布局。

控制系統是機器人的大腦，控制系統技術的研發是各科研單位、企業投入最多的領域。特定的主從遙控式智能機器人控制系統需專門設計控制系統，不同主從遙控式智能機器人的控制系統雖然具有一定的通用性，但由于各主從遙控式智能機器人的結構不同，需要對控制系統進行調整以滿足不同作業需求。在該技術分支上，國內申請人相對較少，主要包括清華大學、天津大學、哈爾濱工業大學等高校，國內企業在該技術分支投入較少，多是通過與高校合作完成，國內申請數量也較少，累計專利申請量不足100篇。國外申請人數量相對國內數量較多，還是以全球性大企業為主，如OLYMPus（日本）、直觀外科手術公司ITVs等公司，該分支國外專利申請數量約為國內申請數量的4.5倍。

主從遙控式智能機器人本體結構是機器人順利完成作業的保證。本體結構的多樣性使該技術分支的專利申請量相當于其他技術分支的4倍，尤其體現在國內申請的數量上，主要原因在于機器人本體結構的設計與優化相對簡單，該技術分支的申請人以國內申請人為主，國內申請人中企業占比46%。經分析，多數企業只有少量申請，企業申請的數量雖不多，但分布范圍較廣，覆蓋國內10多個省，其中，浙江省、江蘇省占申請量的43%，反映出機器人技術與該地區經濟發展狀況相適應。

3 技術發展趨勢

主從遙控式智能機器人技術經過近些年迅速發展， 在設計、制造、控制、應用方面都取得了長足的進步。科技的發展對主從遙控式智能機器人技術提出了更高的要求，目前國內外都在加大科研投入，虛擬現實技術、智能控制技術、精密制造技術已成為主從遙控式智能機器人研究的熱點，需不斷推進主從遙控式智能機器人向著數字化、信息化、智能化方向發展。

4 結語

隨著我國綜合國力的增強，面對的機遇和挑戰越來越多，國內各高校、科研機構應與企業加強合作，研發出擁有自主知識產權的、先進的主從遙控式智能機器人； 同時，通過引進和學習國外現有的先進技術，實現二次技術創新；在提高研發和創新能力的同時，還要加強知識產權保護，完成專利布局。

參考文獻：

[1]李群智.機器人輔助顯微外科手術系統的研究與開發[D].天津：天津大學，2004.

[2]徐旭明，葉榛，陶品，等.基于視覺臨場感的機器人遙操作系統[J].高技術通訊，2000，3：5760.