步行人形機器人專利技術(shù)綜述

唐德歡

摘 要：基于CNABS和DWPI數(shù)據(jù)庫，通過檢索、統(tǒng)計和分析國內(nèi)外步行人形機器人的專利申請文獻，梳理了步行人形機器人領域的技術(shù)發(fā)展狀況，并通過對專利申請的時空特征、技術(shù)領域以及布局等方面信息的分析，歸納出重要申請人的研究方向以及核心專利技術(shù)等結(jié)論，對企業(yè)、高校等機構(gòu)的步行人形機器人研發(fā)工作具有重要參考意義。

關鍵詞：步行人形機器人 重要申請人 核心專利 技術(shù)領域 技術(shù)分支 發(fā)展狀況

引言

機器人根據(jù)不同應用需求被設計成不同形狀，如運用于工業(yè)的機械臂、輪椅機器人、步行機器人等。采用雙足行走的步行人形機器人能夠在軍事、服務、醫(yī)療、教育、娛樂等多個領域得到應用。隨著現(xiàn)代化的發(fā)展和人口老齡化的進程，步行人形服務機器人在各領域市場需求將越來越大，有著廣泛的應用前景，其研究具有巨大的社會效益和潛在的經(jīng)濟效益。人形仿人機器人研究集機械，電子，計算機，材料，傳感器，控制技術(shù)等多門科學于一體，代表著一個國家的高科技發(fā)展水平。從機器人技術(shù)和人工智能的研究現(xiàn)狀來看，要完全實現(xiàn)高智能，高靈活性的仿人機器人還有很長的路要走。

一、步行人形仿生機器人基本概念

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

二、技術(shù)發(fā)展狀況

1.技術(shù)分解

2.本文選擇CNABS中文檢索數(shù)據(jù)庫以及DWPI檢索數(shù)據(jù)庫，通過對檢索所獲得的該領域的專利申請進行統(tǒng)計與分析研究，對步行人形機器人所涉及的技術(shù)進行分解，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。

截至本次檢索時間截止2018年6月，經(jīng)過檢索式檢索與簡單人工篩選，最終確定的涉及步行人形仿生機器人技術(shù)的全球?qū)＠暾埞灿?284項，其來自19個國家或地區(qū)的總計642位申請人，總體發(fā)展趨勢呈現(xiàn)增長狀態(tài)。

（1）核心專利

根據(jù)數(shù)據(jù)庫中專利文獻的被引頻次數(shù)對本領域的專利申請進行排序，列舉出被引頻次數(shù)位列前三的專利申請，見表1。

一般而言，被引頻次數(shù)越高說明該專利的技術(shù)含量越高，同族專利數(shù)量越大說明該專利的市場經(jīng)濟價值越高。如表1所示，這3篇被引頻次最高的專利申請集中在日本、美國、歐專局以及德國進行了申請，同時大多都有較多的同族專利，從而看出這些國家在人形機器人領域的研究處于領先地位。

（2）專利技術(shù)發(fā)展演進

通過對步行人形機器人各個時期的專利文獻進行梳理和分析，可以得到該領域的專利技術(shù)演進路線。從步行人形機器人技術(shù)專利申請的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個主要發(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器人的起步階段，早期涉及的技術(shù)手段主要是從機構(gòu)學方向?qū)Σ叫腥诵螜C器人的結(jié)構(gòu)進行設計，步行方法方面，主要的技術(shù)是基于踝關節(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，為了不斷的滿足社會的需求，步行人形機器人的技術(shù)的發(fā)展越來越豐富。在雙足行走方式方面出現(xiàn)了許多新控制方式，例如本田公司的專利JP2005219206A，在過去的雙腳步行技術(shù)的基礎上組合了新的預測運動控制功能，它可以實時預測以后的動作，并且據(jù)此事先移動重心來改變步調(diào)，從而可以使得從直行改為轉(zhuǎn)彎時的步行動作變得連續(xù)流暢。這一階段中，步行人形機器人的行走穩(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。社會需求不斷增大，越來越多的機構(gòu)投入到人形機器人領域，步行人形機器人的應用也得到了進一步拓展。隨著上一批人形機器人投入市場，反饋出在機器人的智能化、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器人各部位結(jié)構(gòu)的細化研究、傳感器技術(shù)和機器人人工智能化水平的升級，例如清華大學的專利申請CN101474794 A涉及機器人的欠驅(qū)動靈巧手裝置，具有5個獨立控制的手指和15個關節(jié)自由度，由10個電機驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)手指可變初始構(gòu)型及部分耦合的自適應抓取特殊效果。

結(jié)語

本文對步行人形機器人專利技術(shù)進行分析和整理，重點關注了本領域的技術(shù)發(fā)展走向以及主要申請人的研發(fā)側(cè)重等信息，分析表明國內(nèi)的步行人形機器人技術(shù)多數(shù)還處于高校內(nèi)的一些研究，企業(yè)對于這個領域的研究相對較少，步行人形機器人產(chǎn)業(yè)化的進程仍然任重道遠。同時，從步行人形機器人專利技術(shù)分支的統(tǒng)計中可知，國內(nèi)外對于步行人形機器人的研究熱點集中于如何提高步行人形機器人的靈活度以及智能化程度。

參考文獻：

[1] 鄭嫦娥，錢樺，仿人機器人國內(nèi)外研究動態(tài)，機床與液壓，2006年No.3