寇惠云，劉 洛，張 超

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心，四川 成都 610213）

SLAM（simultaneous localization and mapping），也稱為CML（Concurrent Mapping and Localization），即時(shí)定位與地圖構(gòu)建，或并發(fā)建圖與定位，是近年來的一項(xiàng)熱點(diǎn)研究技術(shù)，其廣泛應(yīng)用于機(jī)器人定位導(dǎo)航、VR/AR、無人機(jī)和無人駕駛等領(lǐng)域。

根據(jù)SLAM技術(shù)采用的硬件傳感器和軟件算法，可以將SLAM技術(shù)劃分為激光雷達(dá)SLAM、視覺SLAM、新穎SLAM和復(fù)合SLAM 4類。激光雷達(dá)SLAM技術(shù)又可進(jìn)一步分為單線激光和多線激光2類；視覺SLAM按照視覺傳感器類別可以分為單目相機(jī)、雙目相機(jī)以及RGB-D相機(jī)3種；新穎SLAM主要基于深度學(xué)習(xí)端到端法和基于模式識(shí)別語義法；復(fù)合SLAM主要包括激光+視覺的SLAM和IMU+視覺的SLAM[1-3]，SLAM技術(shù)分類如圖1所示。

圖1 SLAM技術(shù)分類

1 SLAM專利技術(shù)構(gòu)成

根據(jù)本文研究的檢索數(shù)據(jù)集合SLAM技術(shù)的構(gòu)成[4]，可以將SLAM專利技術(shù)劃分為傳感器數(shù)據(jù)、視覺里程計(jì)、后端算法、建圖和回環(huán)檢測(cè)五大類。從圖2可以看出，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，其與SLAM技術(shù)的結(jié)合主要在回環(huán)檢測(cè)方向較為緊密，同時(shí)隨著硬件傳感器技術(shù)的不斷迭代更新，硬件傳感器方面呈現(xiàn)出多傳感器復(fù)合應(yīng)用的趨勢(shì)。

圖2 SLAM專利技術(shù)構(gòu)成

2 專利申請(qǐng)趨勢(shì)分析

本小節(jié)從SLAM學(xué)術(shù)研究概況和SLAM專利技術(shù)申請(qǐng)趨勢(shì)比對(duì)分析來探討SLAM技術(shù)的整體發(fā)展趨勢(shì)。

一方面，從學(xué)術(shù)研究概況來看，SLAM是由Smith Self和Cheeseman于1986年首次提出，距今為止已經(jīng)發(fā)展了30多年[5]，其主要發(fā)展歷程可劃分為以下3個(gè)時(shí)代：傳統(tǒng)時(shí)代classical age（1986-2004）：SLAM問題的提出，并將該問題轉(zhuǎn)換為一個(gè)狀態(tài)估計(jì)問題，利用擴(kuò)展卡爾曼濾波、粒子濾波及最大似然估計(jì)等手段來求解。算法分析時(shí)代algorithmic-analysis age（2004-2015）：研究SLAM的基本特性，包括觀測(cè)性、收斂性和一致性。魯棒性-預(yù)測(cè)性時(shí)代robust-perception（2015-）：魯棒性、高級(jí)別的場(chǎng)景理解，計(jì)算資源優(yōu)化，任務(wù)驅(qū)動(dòng)的環(huán)境感知。由此可知，SLAM技術(shù)自上世紀(jì)80年代出現(xiàn)以來已經(jīng)過多年發(fā)展，隨著各類軟硬件技術(shù)的持續(xù)更新，其已逐漸邁入人工智能的時(shí)代。

另一方面，從圖3全球SLAM技術(shù)專利申請(qǐng)趨勢(shì)來看，其可以劃分為萌芽期、發(fā)展期和快速發(fā)展期。根據(jù)專利檢索數(shù)據(jù)分析結(jié)果來看，最早的關(guān)于SLAM技術(shù)的專利申請(qǐng)出現(xiàn)在2002年前后，直到2005年，其申請(qǐng)量增長(zhǎng)緩慢，該時(shí)期對(duì)應(yīng)學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域中的傳統(tǒng)時(shí)代。雖然SLAM技術(shù)出現(xiàn)較早，但其專利技術(shù)出現(xiàn)的時(shí)間與學(xué)術(shù)研究并不同步，主要原因在于早期SLAM技術(shù)主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，常見于潛艇的水下導(dǎo)航，較少應(yīng)用于民用設(shè)備和產(chǎn)品中，因此，在2000年以前較少有相關(guān)的專利技術(shù)出現(xiàn)。

圖3 SLAM全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)

從2005年開始，其年申請(qǐng)量開始逐年上漲，但增幅并不明顯，直到2015年，全球年申請(qǐng)量達(dá)到600件以上。這一時(shí)期對(duì)應(yīng)學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域的算法分析時(shí)代，其專利技術(shù)更多地停留在學(xué)術(shù)研究層面，產(chǎn)業(yè)化程度較低是導(dǎo)致其申請(qǐng)量未出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)的主要原因。自2015年以來，該項(xiàng)技術(shù)的年申請(qǐng)量急速上漲，增速極為明顯，在5年時(shí)間里年申請(qǐng)量從600余件增長(zhǎng)到2019年的3 000多件，達(dá)到歷史最高峰，已處于快速發(fā)展階段。主要原因在于，近年來隨著機(jī)器人定位導(dǎo)航、VR/AR、無人機(jī)和無人駕駛等技術(shù)的快速發(fā)展，SLAM技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程得以加快，尤其是在上述各領(lǐng)域內(nèi)均有較為豐富的市場(chǎng)產(chǎn)品作為支撐，使得其專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)。

SLAM專利技術(shù)國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)趨勢(shì)如圖4所示，從SLAM專利技術(shù)的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)趨勢(shì)來看，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人雖然在該項(xiàng)技術(shù)的起步稍晚，直到2006年前后才陸續(xù)出現(xiàn)相關(guān)的專利申請(qǐng)。國(guó)內(nèi)最早的關(guān)于SLAM的專利技術(shù)出現(xiàn)在2006年（CN100449444C-申請(qǐng)人：浙江大學(xué)；發(fā)明名稱：移動(dòng)機(jī)器人在未知環(huán)境中同時(shí)定位與地圖構(gòu)建的方法），在2015年以前，其申請(qǐng)量增長(zhǎng)緩慢，2015年之后，中國(guó)的原創(chuàng)專利技術(shù)申請(qǐng)量增速顯著提升，截至2019年，在SLAM技術(shù)領(lǐng)域，中國(guó)原創(chuàng)專利技術(shù)申請(qǐng)量已超過全球年申請(qǐng)量的50%。中國(guó)市場(chǎng)的持續(xù)發(fā)力，也在很大程度上促使該項(xiàng)技術(shù)的全球?qū)＠暾?qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)趨勢(shì)顯著提升。

圖4 SLAM專利技術(shù)國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)趨勢(shì)

最后，從SLAM專利技術(shù)的目標(biāo)市場(chǎng)分布（如圖5所示）來看，中國(guó)市場(chǎng)處于主導(dǎo)地位，以6 113項(xiàng)專利穩(wěn)居第一，其次為美國(guó)市場(chǎng)，達(dá)3 147項(xiàng)，日本、歐洲及韓國(guó)緊隨其后，此外，在澳大利亞及印度市場(chǎng)有少量專利進(jìn)入。因此，該項(xiàng)技術(shù)的活躍區(qū)域主要分布在中國(guó)、美國(guó)及日本市場(chǎng)。

圖5 SLAM專利技術(shù)目標(biāo)市場(chǎng)分布

3 SLAM重點(diǎn)申請(qǐng)人和主要研發(fā)方向

3.1 重點(diǎn)申請(qǐng)人

專利申請(qǐng)人是專利申請(qǐng)的載體，也是專利布局的謀劃者。因此通過分析該領(lǐng)域重點(diǎn)申請(qǐng)人的狀況，進(jìn)一步對(duì)該項(xiàng)專利技術(shù)的整體態(tài)勢(shì)產(chǎn)生更深入的認(rèn)識(shí)。SLAM專利技術(shù)重點(diǎn)申請(qǐng)人如圖6所示。

圖6 SLAM專利技術(shù)重點(diǎn)申請(qǐng)人

根據(jù)如圖6（a）所示的SLAM專利技術(shù)全球重點(diǎn)申請(qǐng)人排名，發(fā)現(xiàn)全球重點(diǎn)申請(qǐng)人主要為國(guó)外的企業(yè)，前十名：索尼、豐田、LG、FACEBOOK、三星、谷歌、MagicLeap、ZOOX、微軟和Robert Bosch。對(duì)上述申請(qǐng)人的相關(guān)專利進(jìn)行進(jìn)一步挖掘分析可以發(fā)現(xiàn)，在機(jī)器人定位導(dǎo)航領(lǐng)域布局較多的是索尼（智能機(jī)器人方向）和LG（掃地機(jī)器人方向）；在VR/AR領(lǐng)域布局較多的是索尼、微軟、FACEBOOK和Magic Leap；在無人機(jī)和無人駕駛領(lǐng)域布局較多的是谷歌（主要為其子公司W(wǎng)ing Aviation Inc.）、ZOOX、索尼、豐田和Robert Bosch?？梢?，索尼針對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用所涉及的領(lǐng)域最為全面，其次是谷歌，其在無人機(jī)和無人駕駛領(lǐng)域針對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)力度較大。

根據(jù)如圖6（b）所示的SLAM專利技術(shù)中國(guó)市場(chǎng)重點(diǎn)申請(qǐng)人排名，發(fā)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，全球排名前十的重點(diǎn)申請(qǐng)人中僅有索尼和三星，其他全球重點(diǎn)申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)并未進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。此外，國(guó)內(nèi)的企業(yè)和高校均有較大申請(qǐng)量，針對(duì)其專利技術(shù)進(jìn)行挖掘分析發(fā)現(xiàn)，在中國(guó)市場(chǎng)，該項(xiàng)技術(shù)的專利申請(qǐng)主要集中在以下幾個(gè)方向和重要的申請(qǐng)人手中：石頭科技、東南大學(xué)和清華大學(xué)在機(jī)器人定位和導(dǎo)航領(lǐng)域申請(qǐng)量較大；索尼、OPPO、騰訊、聯(lián)想和三星等在中國(guó)市場(chǎng)主要在VR/AR技術(shù)領(lǐng)域針對(duì)SLAM技術(shù)的應(yīng)用較多；在無人機(jī)和無人駕駛領(lǐng)域，以北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)及馭勢(shì)科技有限公司較為突出。

從上述分析可知，SLAM技術(shù)在國(guó)外的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程更為成熟，其主要研發(fā)主體已從高校、科研院所過渡到重點(diǎn)企業(yè)和大型企業(yè)，且在各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域均有較為豐富的市場(chǎng)產(chǎn)品。而從中國(guó)市場(chǎng)來看，其仍然處于產(chǎn)業(yè)化的過渡時(shí)期，在部分技術(shù)領(lǐng)域仍然以科研院所和高校申請(qǐng)為主，仍處于從實(shí)驗(yàn)室研究向市場(chǎng)應(yīng)用過渡的階段，如無人駕駛和機(jī)器人導(dǎo)航定位方向。

3.2 重點(diǎn)研發(fā)方向

根據(jù)SLAM專利技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用情況，對(duì)VR/AR、自動(dòng)駕駛和掃地機(jī)器人3個(gè)產(chǎn)業(yè)化最為成熟領(lǐng)域的重點(diǎn)申請(qǐng)人及其重點(diǎn)研發(fā)方向進(jìn)行分析。SLAM技術(shù)重點(diǎn)研發(fā)方向如圖7所示。從圖7（a）可以看出，索尼、FACEBOOK、Magic Leap、三星和微軟在VR/AR技術(shù)領(lǐng)域針對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用較為集中，同時(shí)按照SLAM技術(shù)在VR/AR中的應(yīng)用方向進(jìn)行聚類歸集可以發(fā)現(xiàn)，上述申請(qǐng)人主要將SLAM技術(shù)應(yīng)用在VR/AR領(lǐng)域中的圖像處理、界面交互、相機(jī)控制及圖像識(shí)別等重點(diǎn)方向以提高虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的處理速度、精度和準(zhǔn)確性等為主。圖7（b）為SLAM技術(shù)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用分布，以豐田、ZOOX、Robert Bosch和馭勢(shì)為代表的重要申請(qǐng)人主要將其應(yīng)用于自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的位姿控制、路線規(guī)劃和搜索、防撞及環(huán)境識(shí)別等熱點(diǎn)方向。圖7（c）為SLAM技術(shù)在掃地機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用分布，以LG、iRobot和石頭科技為代表的重要申請(qǐng)人主要將其應(yīng)用于掃地機(jī)器人領(lǐng)域的程序控制、環(huán)境檢測(cè)、路徑導(dǎo)航和場(chǎng)景識(shí)別等熱點(diǎn)方向。

圖7 各領(lǐng)域SLAM技術(shù)重點(diǎn)研發(fā)方向

4 SLAM專利技術(shù)保護(hù)運(yùn)營(yíng)情況

鑒于SLAM專利技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已初步完成產(chǎn)業(yè)化，且在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用已較為成熟，市場(chǎng)產(chǎn)品比較豐富。本章節(jié)基于檢索的專利數(shù)據(jù)集挖掘SLAM專利技術(shù)的法律數(shù)據(jù)情況，針對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，從專利質(zhì)押、專利許可和專利侵權(quán)訴訟3個(gè)方面探討SLAM專利技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)運(yùn)營(yíng)模式。

4.1 專利質(zhì)押

專利質(zhì)押不僅可以解決中小企業(yè)融資問題、拓展金融機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)，而且還可以激勵(lì)企業(yè)自主創(chuàng)新，促進(jìn)專利技術(shù)的傳播和應(yīng)用，提升專利的社會(huì)價(jià)值[6]。通過對(duì)已授權(quán)的SLAM專利的法律數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，有3件實(shí)用新型（CN20982042U、CN207881713U、CN2071 80663U）和1件授權(quán)發(fā)明專利存在質(zhì)押情況，其涉及的技術(shù)分別為三維地貌測(cè)量、無人機(jī)攝影測(cè)量和掃地機(jī)器人導(dǎo)航。其中授權(quán)發(fā)明專利為深圳市杉川機(jī)器人有限公司持有，該項(xiàng)專利與其經(jīng)營(yíng)的激光雷達(dá)業(yè)務(wù)相關(guān)，作為一家研發(fā)機(jī)器人的企業(yè)，該項(xiàng)技術(shù)已被其成熟地應(yīng)用在其工業(yè)機(jī)器人、家用機(jī)器人和商用機(jī)器人等不同市場(chǎng)產(chǎn)品上。中國(guó)市場(chǎng)SLAM專利技術(shù)質(zhì)押情況如圖8所示。

圖8 中國(guó)市場(chǎng)SLAM專利技術(shù)質(zhì)押情況

4.2 專利許可

專利許可是指專利權(quán)人將其所擁有的專利技術(shù)許可他人實(shí)施的行為[7]。通過對(duì)已授權(quán)的SLAM專利的法律數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，有多件發(fā)明專利產(chǎn)生過許可實(shí)施行為，中國(guó)市場(chǎng)SLAM專利許可情況如圖9所示。并且根據(jù)專利權(quán)人和被許可人的類別又可進(jìn)一步分為內(nèi)部許可、產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化及行業(yè)許可3種情況。

圖9 中國(guó)市場(chǎng)SLAM專利技術(shù)許可情況

內(nèi)部許可模式：廣州小鵬汽車科技有限公司于2019年申請(qǐng)獲得授權(quán)的2件發(fā)明專利（CN109887053 B、CN109466546B）涉及SLMA地圖拼接和自動(dòng)泊車被許可給其子公司肇慶小鵬新能源投資有限公司實(shí)施，用于新能源汽車制造。

產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化模式：科研院所和高校類研發(fā)主體一般具有較強(qiáng)的技術(shù)研發(fā)能力，但在市場(chǎng)產(chǎn)品生產(chǎn)方面存在不足。因此，以高校技術(shù)研發(fā)為基礎(chǔ)，尋求企業(yè)合作實(shí)施是目前此類研發(fā)模式實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)化的有效手段。以浙江大學(xué)和蘇州科技大學(xué)為例，其依靠強(qiáng)大的科研實(shí)力在早期做過相關(guān)的專利布局申請(qǐng)，獲得授權(quán)后將相關(guān)的技術(shù)許可給對(duì)應(yīng)的企業(yè)。其中，發(fā)明專利授權(quán)公開號(hào)為CN100449444C的專利，是目前國(guó)內(nèi)申請(qǐng)中最早的一批關(guān)于SLAM技術(shù)的發(fā)明專利，其于2006年申請(qǐng)，2009年獲得授權(quán)，隨后被許可給杭州南江機(jī)器人有限公司，該項(xiàng)技術(shù)涉及移動(dòng)機(jī)器人即時(shí)定位與地圖構(gòu)建，可應(yīng)用于該公司的智能移動(dòng)機(jī)器人等產(chǎn)品中。而江蘇科技大學(xué)的與水下自主導(dǎo)航相關(guān)的SLAM專利技術(shù)許可給江蘇太航信息科技有限公司，被其應(yīng)用于船舶管理及水下作業(yè)等場(chǎng)景中。

行業(yè)許可模式：授權(quán)公開號(hào)為CN108303101B的發(fā)明專利涉及一種導(dǎo)航地圖構(gòu)建方法，其采用SLAM技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航構(gòu)圖，為弗徠威智能機(jī)器人科技（上海）有限公司持有，后被許可給匯智機(jī)器人科技（深圳）有限公司，二者均為AI智能機(jī)器人領(lǐng)域的研發(fā)主體。

由此可知，在SLAM技術(shù)領(lǐng)域，其專利許可模式已較為典型和成熟，這也在一定程度上反映出該項(xiàng)技術(shù)在相應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化程度較高，上述3種模式可為分研發(fā)主體進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)價(jià)值收益提供借鑒。

4.3 專利侵權(quán)訴訟

在SLAM技術(shù)應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域中，專利侵權(quán)訴訟最為激烈的是在掃地機(jī)器人行業(yè)。2017年，全球掃地機(jī)器人霸主iRobot曾發(fā)起“掃地式”專利殲滅戰(zhàn)[8]，諸多掃地機(jī)器人領(lǐng)域的中小企業(yè)均被波及，被iRobot的核心專利技術(shù)圍堵。只有中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的松騰實(shí)業(yè)成為唯一全身而退的企業(yè)。通過追蹤檢索發(fā)現(xiàn)松騰實(shí)業(yè)主要依靠其在2009年在中國(guó)和美國(guó)市場(chǎng)提交的2件已獲授權(quán)的發(fā)明專利進(jìn)行反擊，該項(xiàng)專利技術(shù)涉及在掃地機(jī)器人中利用視覺即時(shí)定位與構(gòu)圖技術(shù)（VSLAM，VisionSimultaneous Localization and Mapping）實(shí)現(xiàn)環(huán)境識(shí)別，該項(xiàng)專利利用慣性感測(cè)元件與視覺感測(cè)元件，以定位出移動(dòng)載體在空間中的相對(duì)位置與環(huán)境特征點(diǎn)相對(duì)于移動(dòng)載體的位置，達(dá)到狀態(tài)估測(cè)的目的。可利用兩種傳感器的互補(bǔ)性，大幅減少運(yùn)算復(fù)雜度，以擴(kuò)增對(duì)載體的動(dòng)態(tài)偵測(cè)范圍，達(dá)成3D移動(dòng)載體的定位。正是依托早期在SLAM專利技術(shù)方面的布局，松騰實(shí)業(yè)在中國(guó)和美國(guó)市場(chǎng)展開反訴，最終與iRobot達(dá)成和解，得以全身而退，保持其在掃地機(jī)器人領(lǐng)域全球第二的地位。由此可見，SLAM技術(shù)在掃地機(jī)器人領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)異常激烈，而作為研發(fā)主體，盡早針對(duì)核心技術(shù)進(jìn)行專利布局極為必要。SLAM專利技術(shù)侵權(quán)訴訟案例如圖10所示。

圖10 SLAM專利技術(shù)侵權(quán)訴訟案例

綜上可知，SLAM技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化程度較高，其知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和運(yùn)營(yíng)模式多樣，從專利質(zhì)押、專利許可和專利侵權(quán)訴訟方面均反映出該項(xiàng)技術(shù)當(dāng)前正處于一個(gè)激烈的競(jìng)爭(zhēng)期，技術(shù)的轉(zhuǎn)化速度、生活應(yīng)用深度正在逐步加深，其競(jìng)爭(zhēng)激烈程度可能會(huì)伴隨申請(qǐng)量的急劇上漲和產(chǎn)業(yè)化程度的進(jìn)一步增強(qiáng)而持續(xù)加深。

5 結(jié)束語

本文依托專利分析方法，一方面，從SLAM技術(shù)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)、重要申請(qǐng)人及研發(fā)方向探討其發(fā)展歷程、熱點(diǎn)技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)，表明該項(xiàng)技術(shù)已逐步完成產(chǎn)業(yè)化，正處于高速發(fā)展時(shí)期。另一方面，從專利質(zhì)押、專利許可和專利侵權(quán)訴訟探討SLAM技術(shù)領(lǐng)域發(fā)明專利保護(hù)運(yùn)營(yíng)模式，研究表明從發(fā)明專利保護(hù)和運(yùn)營(yíng)情況來看，其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，而該項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)有的發(fā)明專利保護(hù)運(yùn)營(yíng)模式可供部分研發(fā)主體參考借鑒。