唐德歡

摘 要：基于CNABS和DWPI數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)檢索、統(tǒng)計(jì)和分析國(guó)內(nèi)外步行人形機(jī)器人的專(zhuān)利申請(qǐng)文獻(xiàn)，梳理了步行人形機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，并通過(guò)對(duì)專(zhuān)利申請(qǐng)的時(shí)空特征、技術(shù)領(lǐng)域以及布局等方面信息的分析，歸納出重要申請(qǐng)人的研究方向以及核心專(zhuān)利技術(shù)等結(jié)論，對(duì)企業(yè)、高校等機(jī)構(gòu)的步行人形機(jī)器人研發(fā)工作具有重要參考意義。

關(guān)鍵詞：步行人形機(jī)器人 重要申請(qǐng)人 核心專(zhuān)利 技術(shù)領(lǐng)域 技術(shù)分支 發(fā)展?fàn)顩r

引言

機(jī)器人根據(jù)不同應(yīng)用需求被設(shè)計(jì)成不同形狀，如運(yùn)用于工業(yè)的機(jī)械臂、輪椅機(jī)器人、步行機(jī)器人等。采用雙足行走的步行人形機(jī)器人能夠在軍事、服務(wù)、醫(yī)療、教育、娛樂(lè)等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。隨著現(xiàn)代化的發(fā)展和人口老齡化的進(jìn)程，步行人形服務(wù)機(jī)器人在各領(lǐng)域市場(chǎng)需求將越來(lái)越大，有著廣泛的應(yīng)用前景，其研究具有巨大的社會(huì)效益和潛在的經(jīng)濟(jì)效益。人形仿人機(jī)器人研究集機(jī)械，電子，計(jì)算機(jī)，材料，傳感器，控制技術(shù)等多門(mén)科學(xué)于一體，代表著一個(gè)國(guó)家的高科技發(fā)展水平。從機(jī)器人技術(shù)和人工智能的研究現(xiàn)狀來(lái)看，要完全實(shí)現(xiàn)高智能，高靈活性的仿人機(jī)器人還有很長(zhǎng)的路要走。

一、步行人形仿生機(jī)器人基本概念

步行人形機(jī)器人就是模仿人的形態(tài)和行為而設(shè)計(jì)制造的機(jī)器人，一般分別或同時(shí)具有仿人的四肢和頭部。步行人形機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)中的一個(gè)重要研究課題，而雙足機(jī)器人是人形機(jī)器人研究的前奏。步行人形機(jī)器人具有人類(lèi)行走的特征，相對(duì)其它移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)方式，步行人形機(jī)器人行走時(shí)交替接觸地面，能夠通過(guò)選擇支撐點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下的穩(wěn)定行走，靈活性好。相對(duì)輪式、履帶式機(jī)器人，雙足行走的人形機(jī)器人靈活的行走能力能夠適應(yīng)各種地形，可以方便地上下臺(tái)階，具有更強(qiáng)的越障能力，能夠在斜坡及在不平整的地面上工作，行動(dòng)盲區(qū)很少。因此，雙足步行的人形機(jī)器人擁有更廣闊的工作空間[1]。

二、技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

1.技術(shù)分解

2.本文選擇CNABS中文檢索數(shù)據(jù)庫(kù)以及DWPI檢索數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)對(duì)檢索所獲得的該領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析研究，對(duì)步行人形機(jī)器人所涉及的技術(shù)進(jìn)行分解，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

截至本次檢索時(shí)間截止2018年6月，經(jīng)過(guò)檢索式檢索與簡(jiǎn)單人工篩選，最終確定的涉及步行人形仿生機(jī)器人技術(shù)的全球?qū)＠暾?qǐng)共計(jì)1284項(xiàng)，其來(lái)自19個(gè)國(guó)家或地區(qū)的總計(jì)642位申請(qǐng)人，總體發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)增長(zhǎng)狀態(tài)。

（1）核心專(zhuān)利

根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中專(zhuān)利文獻(xiàn)的被引頻次數(shù)對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)進(jìn)行排序，列舉出被引頻次數(shù)位列前三的專(zhuān)利申請(qǐng)，見(jiàn)表1。

一般而言，被引頻次數(shù)越高說(shuō)明該專(zhuān)利的技術(shù)含量越高，同族專(zhuān)利數(shù)量越大說(shuō)明該專(zhuān)利的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值越高。如表1所示，這3篇被引頻次最高的專(zhuān)利申請(qǐng)集中在日本、美國(guó)、歐專(zhuān)局以及德國(guó)進(jìn)行了申請(qǐng)，同時(shí)大多都有較多的同族專(zhuān)利，從而看出這些國(guó)家在人形機(jī)器人領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先地位。

（2）專(zhuān)利技術(shù)發(fā)展演進(jìn)

通過(guò)對(duì)步行人形機(jī)器人各個(gè)時(shí)期的專(zhuān)利文獻(xiàn)進(jìn)行梳理和分析，可以得到該領(lǐng)域的專(zhuān)利技術(shù)演進(jìn)路線(xiàn)。從步行人形機(jī)器人技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)主要發(fā)展階段：

第一階段（1983年-2000年）為起步期。該階段屬于步行人形機(jī)器人的起步階段，早期涉及的技術(shù)手段主要是從機(jī)構(gòu)學(xué)方向?qū)Σ叫腥诵螜C(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，步行方法方面，主要的技術(shù)是基于踝關(guān)節(jié)力矩控制。

第二階段（2001年-2008年）為快速發(fā)展期。在該階段，步行人形機(jī)器人的研究得到了高度的重視，隨著其不斷的發(fā)展，為了不斷的滿(mǎn)足社會(huì)的需求，步行人形機(jī)器人的技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越豐富。在雙足行走方式方面出現(xiàn)了許多新控制方式，例如本田公司的專(zhuān)利JP2005219206A，在過(guò)去的雙腳步行技術(shù)的基礎(chǔ)上組合了新的預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)控制功能，它可以實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)以后的動(dòng)作，并且據(jù)此事先移動(dòng)重心來(lái)改變步調(diào)，從而可以使得從直行改為轉(zhuǎn)彎時(shí)的步行動(dòng)作變得連續(xù)流暢。這一階段中，步行人形機(jī)器人的行走穩(wěn)定性、路徑規(guī)劃的智能化和信息交互水平都得到了極大提升。

第三階段（2009年至今）為全面發(fā)展期。社會(huì)需求不斷增大，越來(lái)越多的機(jī)構(gòu)投入到人形機(jī)器人領(lǐng)域，步行人形機(jī)器人的應(yīng)用也得到了進(jìn)一步拓展。隨著上一批人形機(jī)器人投入市場(chǎng)，反饋出在機(jī)器人的智能化、柔性化需求和安全性等方面提出了更高的要求，該階段的技術(shù)發(fā)展方向主要集中在機(jī)器人各部位結(jié)構(gòu)的細(xì)化研究、傳感器技術(shù)和機(jī)器人人工智能化水平的升級(jí)，例如清華大學(xué)的專(zhuān)利申請(qǐng)CN101474794 A涉及機(jī)器人的欠驅(qū)動(dòng)靈巧手裝置，具有5個(gè)獨(dú)立控制的手指和15個(gè)關(guān)節(jié)自由度，由10個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)手指可變初始構(gòu)型及部分耦合的自適應(yīng)抓取特殊效果。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)步行人形機(jī)器人專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行分析和整理，重點(diǎn)關(guān)注了本領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展走向以及主要申請(qǐng)人的研發(fā)側(cè)重等信息，分析表明國(guó)內(nèi)的步行人形機(jī)器人技術(shù)多數(shù)還處于高校內(nèi)的一些研究，企業(yè)對(duì)于這個(gè)領(lǐng)域的研究相對(duì)較少，步行人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程仍然任重道遠(yuǎn)。同時(shí)，從步行人形機(jī)器人專(zhuān)利技術(shù)分支的統(tǒng)計(jì)中可知，國(guó)內(nèi)外對(duì)于步行人形機(jī)器人的研究熱點(diǎn)集中于如何提高步行人形機(jī)器人的靈活度以及智能化程度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭嫦娥，錢(qián)樺，仿人機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，機(jī)床與液壓，2006年No.3