無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)的專利分析

張曉寧 劉經(jīng)鳳

一、無(wú)人機(jī)相關(guān)技術(shù)概述

無(wú)人機(jī)是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操控的不載人飛機(jī)，最早出現(xiàn)于20世紀(jì)20年代。近年來(lái)，無(wú)人機(jī)無(wú)論在軍事還是民用上都得到了大規(guī)模的應(yīng)用，在軍用上可以用來(lái)執(zhí)行危險(xiǎn)的軍事任務(wù)，在民用上可以完成一些高危以及高難度的任務(wù)。由于無(wú)人機(jī)市場(chǎng)潛力巨大，無(wú)人機(jī)相關(guān)技術(shù)的研究和市場(chǎng)開發(fā)受到許多企業(yè)的關(guān)注，專利申請(qǐng)量迅速上升，尤其是近些年，呈現(xiàn)出爆發(fā)性增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

圖1 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)組成

如圖1所示，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)主要包括機(jī)體平臺(tái)、動(dòng)力系統(tǒng)、飛控導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、地面臺(tái)和載荷幾個(gè)部分，其中，機(jī)體平臺(tái)涉及機(jī)身、機(jī)架、機(jī)臂、起落架/腳架、云臺(tái)等結(jié)構(gòu)組件及其連接結(jié)構(gòu)，是無(wú)人機(jī)的承載平臺(tái)，云臺(tái)裝載航拍相機(jī)或測(cè)繪儀器，具有減震和增穩(wěn)的作用，是無(wú)人機(jī)航拍應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)；在無(wú)人機(jī)各子系統(tǒng)中，機(jī)體平臺(tái)及其結(jié)構(gòu)對(duì)無(wú)人機(jī)整體運(yùn)行有關(guān)鍵影響，飛控導(dǎo)航、動(dòng)力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)涉及到無(wú)人機(jī)的飛行操控、續(xù)航能力及航拍圖像質(zhì)量與實(shí)時(shí)傳輸，關(guān)系到無(wú)人機(jī)的實(shí)際應(yīng)用和消費(fèi)體驗(yàn)，是現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)廠商獲取市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的核心要素。

為了最大化發(fā)揮載荷的功能，無(wú)人機(jī)掛載的任務(wù)載荷大多需要能夠在無(wú)人機(jī)上進(jìn)行各個(gè)方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)，云臺(tái)可以理解為驅(qū)動(dòng)載荷轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)特殊功能的設(shè)備。無(wú)人機(jī)具有體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但是小型無(wú)人機(jī)的機(jī)身空間、負(fù)載、續(xù)航時(shí)間有限，而無(wú)人機(jī)機(jī)載相機(jī)的成像質(zhì)量又在很大程度上受到無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)變化的制約；因此要使機(jī)載相機(jī)視軸穩(wěn)定，就必須為相機(jī)提供一個(gè)具有空間穩(wěn)定性的云臺(tái)，還要求云臺(tái)重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。隨著無(wú)人機(jī)和各種任務(wù)載荷的發(fā)展，云臺(tái)作為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)其進(jìn)行全面研究具有非常重要的意義?，F(xiàn)有專利一方面是對(duì)無(wú)人機(jī)云臺(tái)控制系統(tǒng)的改進(jìn)，另一方面是對(duì)無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)。本文主要針對(duì)無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的改進(jìn)進(jìn)行專利分析。

二、無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)的技術(shù)發(fā)展

（一）根據(jù)載荷云臺(tái)在立體空間中的自由度劃分

無(wú)人機(jī)云臺(tái)根據(jù)載荷云臺(tái)在立體空間中的自由度分為單軸云臺(tái)、兩軸云臺(tái)和三軸云臺(tái)。云臺(tái)不但能夠使被穩(wěn)定的視覺設(shè)備保持方位不變，還能夠按照一定指令使方位發(fā)生變化，保證視覺設(shè)備對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤。這個(gè)方位是由組成穩(wěn)定云臺(tái)的三個(gè)正交軸旋轉(zhuǎn)一定角度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這三軸分別為俯仰軸、橫滾軸和方位軸。根據(jù)不同的需要和適用范圍，可以選擇其中一個(gè)軸、兩個(gè)軸或三軸來(lái)組成穩(wěn)定云臺(tái)。其中單軸云臺(tái)一般應(yīng)用在固定翼無(wú)人機(jī)中，多用為控制載荷的俯仰姿態(tài)，控制簡(jiǎn)單、成本低廉；兩軸云臺(tái)的載荷能夠在立體空間中進(jìn)行兩個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)，與三軸云臺(tái)相比，其體積和重量小，能夠降低成本，但是精度相對(duì)較低；三軸云臺(tái)一般用于高精度無(wú)人機(jī)作業(yè)，其載荷能夠在立體空間中進(jìn)行三個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)，控制量之間相互耦合性高、控制難度大、成本較高。

1.單軸云臺(tái)

單軸云臺(tái)一般多應(yīng)用在固定翼無(wú)人機(jī)中，其出現(xiàn)早于兩軸云臺(tái)，但是早期針對(duì)單軸云臺(tái)的專利申請(qǐng)中都沒有明確提及其用于無(wú)人機(jī)中，因此雖然單軸云臺(tái)的出現(xiàn)早于兩軸云臺(tái)，但是明確提出無(wú)人機(jī)用單軸云臺(tái)的專利申請(qǐng)卻晚于無(wú)人機(jī)用雙軸云臺(tái)。2010年由沈陽(yáng)航天新光集團(tuán)有限公司提交的專利申請(qǐng)（如圖2所示公開號(hào)為CN102032426A），提供了一種安全有效的一種航攝無(wú)人機(jī)用單軸云臺(tái)裝置，解決了相機(jī)實(shí)時(shí)航向糾偏和機(jī)械減震的問(wèn)題。

圖2 單軸云臺(tái)——CN102032426A

2.兩軸云臺(tái)

無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)的早期專利申請(qǐng)（如圖3所示公開號(hào)為JP2004242128A）是由日本廣播協(xié)會(huì)和日本特殊攝影股份有限公司于2003年2月7日提交的發(fā)明專利申請(qǐng)，通過(guò)圖3可以看出其為兩軸云臺(tái)，通過(guò)設(shè)置安裝臂、旋轉(zhuǎn)裝置、支持臺(tái)、旋轉(zhuǎn)桌從而將照相機(jī)安裝在無(wú)人機(jī)上，以減小重量。

圖3 兩軸云臺(tái)——JP2004242128A

3.三軸云臺(tái)

三軸云臺(tái)的出現(xiàn)晚于單軸云臺(tái)和雙軸云臺(tái)，北京航空航天大學(xué)于2011年5月27日提交的公開號(hào)為CN102303707A的專利申請(qǐng)是應(yīng)用三軸云臺(tái)的（如圖4所示），解決了兩軸調(diào)節(jié)前置云臺(tái)震動(dòng)大的技術(shù)問(wèn)題，其中軸1為航向轉(zhuǎn)軸，云臺(tái)可繞該軸全周旋轉(zhuǎn)；軸2為俯仰轉(zhuǎn)軸，機(jī)載設(shè)備可繞該軸在180度角內(nèi)俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)；軸3為橫側(cè)轉(zhuǎn)軸，設(shè)備可繞該軸在120度角內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖4 三軸云臺(tái)——CN102303707A

（二）根據(jù)技術(shù)效果劃分

無(wú)人機(jī)通過(guò)搭載多類傳感器或攝像設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)影像實(shí)時(shí)傳輸、高危地區(qū)探測(cè)功能，目前無(wú)人機(jī)的使用范圍已經(jīng)拓寬到軍事、科研、民用三大領(lǐng)域，但是現(xiàn)有云臺(tái)存在以下幾個(gè)問(wèn)題：外形尺寸較大，占用空間大，不利于無(wú)人機(jī)的小型化；無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中，機(jī)身會(huì)產(chǎn)生頻率較高的振動(dòng)，并向攝像組件傳遞，導(dǎo)致相機(jī)所拍攝的畫面不清晰；需要相機(jī)多角度進(jìn)行拍攝，但是角度調(diào)節(jié)還不是很方便；云臺(tái)與機(jī)體之間的連接結(jié)構(gòu)分為不可拆卸式和拆卸式，不可拆卸式的連接結(jié)構(gòu)雖然成本低，但是拆卸不便，應(yīng)用范圍受限，拆卸式連接結(jié)構(gòu)，通常通過(guò)螺釘進(jìn)行連接，安裝和拆卸時(shí)需要借助專用工具，操作繁瑣，所花費(fèi)的拆裝時(shí)間較長(zhǎng)，難以達(dá)到快速拆裝云臺(tái)的目的。因此對(duì)無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)主要集中在以下幾個(gè)方面：結(jié)構(gòu)緊湊且控制精度高；能夠多角度拍攝畫面；提高防震效果、增強(qiáng)穩(wěn)定性；便于拆裝。圖5為無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)的技術(shù)發(fā)展，下面將按照最主要的這四個(gè)方面進(jìn)行分析。

圖5 無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)的技術(shù)發(fā)展

1.體積小、重量輕

前文提及的無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)（公開號(hào)為JP2004242128A）是關(guān)于減少體積和重量的，這方面的專利申請(qǐng)于2003年首次申請(qǐng)，至2014年期間增長(zhǎng)速度并不快，從2015年開始數(shù)量明顯增多。公開號(hào)為CN107878773A的發(fā)明專利申請(qǐng)（如圖6所示）是深圳市道通智能航空技術(shù)有限公司于2017年提交的，安裝臂32和第一固定部34為一體結(jié)構(gòu)，第一轉(zhuǎn)動(dòng)部42、連接臂44以及第二固定部46為一體結(jié)構(gòu)，第二轉(zhuǎn)動(dòng)部62、連接部64以及第三固定部66為一體結(jié)構(gòu)；傳輸線穿過(guò)第一通孔，進(jìn)入第二連接件，可使得傳輸線被設(shè)置于云臺(tái)中，節(jié)省了傳輸線占用的空間，使得云臺(tái)的結(jié)構(gòu)緊湊。

圖6 體積小重量輕實(shí)例——CN107878773A

2.角度可調(diào)

關(guān)于角度可調(diào)的專利申請(qǐng)于2004年首次申請(qǐng)（公開號(hào)為CN2689287Y），至2014年期間增長(zhǎng)速度并不快，從2015年開始數(shù)量明顯增多。公開號(hào)為CN108082516A的發(fā)明專利申請(qǐng)（如圖7所示）是安徽翼訊飛行安全技術(shù)有限公司于2018年提交的，云臺(tái)上腳架直接安裝在云臺(tái)上，當(dāng)航拍無(wú)人機(jī)執(zhí)行航拍任務(wù)時(shí)，通過(guò)遙控器遙控微型電動(dòng)推桿動(dòng)作，推動(dòng)兩個(gè)腳架置于水平位置，從而不會(huì)阻擋相機(jī)的拍攝視野，另外，旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以帶動(dòng)相機(jī)做360旋轉(zhuǎn)，同時(shí)充電微型電機(jī)可以帶動(dòng)相機(jī)固定架組件沿充電微型電機(jī)的輸出軸做一定幅度的轉(zhuǎn)動(dòng)，即帶動(dòng)相機(jī)做拍攝俯仰角的調(diào)整；該航拍無(wú)人機(jī)云臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)拍攝，且能夠調(diào)整拍攝俯仰角，另外腳架可以避開拍攝視野，另外整個(gè)云臺(tái)的結(jié)構(gòu)緊湊，拍攝穩(wěn)定性更好。

圖7 角度可調(diào)實(shí)例——CN108082516A

3.增穩(wěn)

關(guān)于防震增穩(wěn)的專利申請(qǐng)于2007年首次申請(qǐng)（公開號(hào)為CN101093733A），至2010年期間增長(zhǎng)速度并不快，從2011年開始數(shù)量明顯增多，2016年申請(qǐng)的數(shù)量最多。如圖8所示，CN107740847A是深圳市道通智能航空技術(shù)有限公司于2017年提交的發(fā)明專利申請(qǐng)，提供了一種減震效果佳的減震裝置：在高頻振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)幅值很小，通過(guò)與第一連接件和第二連接件連接的第一減震元件就可以起到減震的效果；在低頻振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)幅值很大，第一減震元件被拉長(zhǎng)使得第二減震元件可以與第一連接件和第二連接件接觸并阻止第一連接件和第二連接件之間的間距大于預(yù)設(shè)間距以起到減震的效果，這樣第一減震元件和第二減震元件的減震效果疊加，即兩者共同起作用，從而增加了減震裝置的阻尼和剛性，進(jìn)而使減震裝置能夠?qū)Ω哳l和低頻震動(dòng)均有減震效果。

圖8 增穩(wěn)實(shí)例——CN107740847A

4.拆裝

關(guān)于拆裝的專利申請(qǐng)雖然所占比例較大，但卻是在2014年才開始申請(qǐng)（公開號(hào)為CN203727653U），其后每年的數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)。該申請(qǐng)（如圖9所示)是廣東瑞圖萬(wàn)方科技股份有限公司于2014年2月10日提交的實(shí)用新型專利申請(qǐng)，涉及無(wú)人機(jī)用云臺(tái)快速拆裝裝置，包括固定在無(wú)人機(jī)上的安裝架，固定在云臺(tái)上的安裝板，安裝架上設(shè)置有用來(lái)安置安裝板的容置空間和用來(lái)將安裝板卡在容置空間內(nèi)的卡緊裝置，以及與容置空間連通的供安裝板進(jìn)出容置空間的安裝板進(jìn)出口；能夠?qū)崿F(xiàn)云臺(tái)的快速組裝和拆卸，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，工作性能可靠。

圖9 拆裝實(shí)例——CN203727653U

三、專利申請(qǐng)分析

為了研究無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)相關(guān)技術(shù)的專利申請(qǐng)狀況，筆者在合享智慧INCOPAT數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)分類號(hào)結(jié)合關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，關(guān)于無(wú)人機(jī)中云臺(tái)的專利文獻(xiàn)主要位于國(guó)際專利分類（IPC）號(hào)G03B17/56、B64D47/08、F16M11/+和F16M13/+中：

G03B17/00 照相機(jī)零部件或照相機(jī)的機(jī)身；及其附件

G03B17/56·附件

F16M11/00 用于機(jī)械或其上制品的作為支承的機(jī)臺(tái)或支架

F16M13/00 定位用設(shè)備或產(chǎn)品的其他支架

B64D 用于與飛機(jī)配合或裝到飛機(jī)上的設(shè)備；飛行衣；降落傘；動(dòng)力裝置或推進(jìn)傳動(dòng)裝置的配置或安裝

B64D47/00 其他類目不包含的設(shè)備

B64D47/08·照相機(jī)的布置

使用的關(guān)鍵詞為無(wú)人機(jī)、無(wú)人飛行器、無(wú)人駕駛飛機(jī)、無(wú)人駕駛飛行器、云臺(tái)、unmanned、UAV、drone、holder、tilt、pantilt、cradle、platform、tripod、PTZ等。截止2018年5月31日，獲得關(guān)于無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)的專利申請(qǐng)共1375項(xiàng)，但是經(jīng)過(guò)人工篩選發(fā)現(xiàn)其中有一部分是關(guān)于云臺(tái)的控制系統(tǒng)、還有一部分是關(guān)于無(wú)人機(jī)中的其他部件的，最終經(jīng)人工篩選后得到552項(xiàng)關(guān)于無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)。但需要說(shuō)明的是2017年和2018年的專利申請(qǐng)量由于有些尚未公開而未被統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)致這兩年的數(shù)據(jù)可能不全面。

下面，對(duì)無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)方面的專利年度申請(qǐng)量、在各國(guó)的申請(qǐng)量、主要申請(qǐng)人等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（一）專利年度申請(qǐng)量

圖10是無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)專利的年度申請(qǐng)量。由圖中可以看出，無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)最早出現(xiàn)在2003年，在2010年之前數(shù)量很少，這個(gè)時(shí)期無(wú)人機(jī)云臺(tái)剛剛開始進(jìn)入市場(chǎng)，生產(chǎn)研發(fā)的企業(yè)較少。2010年到2014年之間專利數(shù)量有了增加，進(jìn)入了普及發(fā)展階段，這個(gè)期間無(wú)人機(jī)云臺(tái)產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用，從事無(wú)人機(jī)云臺(tái)產(chǎn)品生產(chǎn)研發(fā)的企業(yè)也迅速增加。2015年至今為快速發(fā)展階段，專利申請(qǐng)量快速增加，這個(gè)時(shí)期，國(guó)內(nèi)外的無(wú)人機(jī)云臺(tái)的技術(shù)、工藝都得到了提高，產(chǎn)品質(zhì)量也上了一個(gè)臺(tái)階，可見無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)方面的專利技術(shù)受到了各企業(yè)的重視。無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)量在近年呈現(xiàn)了爆發(fā)式增長(zhǎng)，這與無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)的研發(fā)熱度和市場(chǎng)需求密切相關(guān)，隨著各大企業(yè)在相關(guān)領(lǐng)域研發(fā)投入的增加，無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)研究可能會(huì)迎來(lái)突破式的發(fā)展，具有良好的發(fā)展前景。

（單位：件）

圖10 無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)專利的年度申請(qǐng)量

（二）在各國(guó)的申請(qǐng)量分布

圖11展示了無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)在各國(guó)的申請(qǐng)量。從圖11可以看出，該領(lǐng)域在中國(guó)的專利申請(qǐng)量最高，申請(qǐng)量為499項(xiàng)，WO和美國(guó)分別排在第二位和第三位，申請(qǐng)量分別為27項(xiàng)和10項(xiàng)。由此可見，中國(guó)在該領(lǐng)域的研究占有絕對(duì)比重，在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量占到了總申請(qǐng)量的96%，數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)非常明顯，無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)技術(shù)在中國(guó)得到普遍的重視，對(duì)該領(lǐng)域的研究走在世界的前列。另一方面，在中國(guó)的申請(qǐng)量如此之高也與主要申請(qǐng)人基本都是中國(guó)公司有關(guān)，與國(guó)內(nèi)企業(yè)相比，目前國(guó)外該領(lǐng)域申請(qǐng)人較為分散，尚未形成優(yōu)勢(shì)企業(yè)。

（單位：件）

圖11 無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)在各國(guó)的申請(qǐng)量

雖然中國(guó)在該領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先地位，大疆、零度智控、道通智能和易瓦特等國(guó)內(nèi)企業(yè)掌握該技術(shù)的較多專利，但從專利類型上看，實(shí)用新型專利居多，發(fā)明類專利少，在499項(xiàng)專利申請(qǐng)中，發(fā)明專利僅有159項(xiàng)，實(shí)用新型專利有340項(xiàng)（如圖12所示）。

圖12 在中國(guó)專利申請(qǐng)的類型分布

（三）主要申請(qǐng)人分布

圖13展示了無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的主要申請(qǐng)人?？梢钥闯?，排名第一的大疆公司占據(jù)了該領(lǐng)域較大的專利申請(qǐng)份額，主要申請(qǐng)人都是來(lái)自中國(guó)的國(guó)內(nèi)企業(yè)，國(guó)外申請(qǐng)人非常少，在前文中提及對(duì)無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)的專利申請(qǐng)經(jīng)人工篩選發(fā)現(xiàn)其中有相當(dāng)一部分是關(guān)于云臺(tái)的控制系統(tǒng)、還有一部分是關(guān)于無(wú)人機(jī)中的其他部件的，結(jié)合前面的人工篩選可知國(guó)外的企業(yè)研發(fā)側(cè)重點(diǎn)大多在無(wú)人機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)及核心部件上，對(duì)于云臺(tái)結(jié)構(gòu)側(cè)重較少。由圖13可以看出在無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，除了排名前四的申請(qǐng)人之外，其他的申請(qǐng)人都比較分散，各申請(qǐng)人的申請(qǐng)量較少，而大疆公司顯示了強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力，申請(qǐng)了較多的專利進(jìn)行技術(shù)布局。

圖13 無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域主要申請(qǐng)人的申請(qǐng)量

（四）主要申請(qǐng)人的申請(qǐng)趨勢(shì)

圖14展示了無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)的主要申請(qǐng)人的申請(qǐng)趨勢(shì)。大疆公司從2011年開始申請(qǐng)關(guān)于無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)方面的專利，其在2013年至2015年的申請(qǐng)量呈緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但是2016年出現(xiàn)了高峰，其也是上文中全球無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)專利的年度申請(qǐng)量在2015年后數(shù)量快速增加的主要因素。零度智控公司在2015年的申請(qǐng)量最高，其后卻緩慢減少。道通智能公司的申請(qǐng)量卻在2016年突然增長(zhǎng)，并有繼續(xù)增長(zhǎng)的勢(shì)頭。需要說(shuō)明的是，2016年之后的申請(qǐng)量出現(xiàn)了下滑可能并不全面，因?yàn)榇嬖谙嚓P(guān)申請(qǐng)尚未公開的情況。

圖14 無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)的主要申請(qǐng)人的申請(qǐng)趨勢(shì)圖

四、專利技術(shù)分析

（一）技術(shù)分布

通過(guò)對(duì)檢索所獲得的無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析研究，確定無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)方面的專利申請(qǐng)主要涉及以下幾個(gè)方面：（1） 云臺(tái)位置；（2）連接方式；（3）傳輸信號(hào)線、天線；（4）角度可調(diào)；（5）拆裝方便；（6）增穩(wěn)；（7）體積小、重量輕；（8）測(cè)量準(zhǔn)確；（9）一次執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)；（10）保護(hù)；（11）適應(yīng)不同尺寸相機(jī)。

通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)的專利文獻(xiàn)進(jìn)行梳理和分析，可以得到該領(lǐng)域的技術(shù)分布（如圖15所示）。從圖15中可以看出，在技術(shù)分布中占比最大的是關(guān)于增穩(wěn)的，其次是角度可調(diào)，再次是關(guān)于拆裝的，然后是減小體積重量，而其他方面也都占有一定的比重，由此可見云臺(tái)結(jié)構(gòu)涉及方方面面的因素，導(dǎo)致其技術(shù)分布也比較廣泛。無(wú)人機(jī)的電量。

圖15 專利技術(shù)分布

因此，有關(guān)增穩(wěn)、角度可調(diào)、拆裝方便以及減小體積重量技術(shù)目前處于較為活躍的狀態(tài)，其相關(guān)專利申請(qǐng)量也較多。

（二）主要專利申請(qǐng)人的專利布局

從圖16可以看出，大疆公司的專利布局在各方面都處于領(lǐng)先地位，其中關(guān)于云臺(tái)增穩(wěn)方面的數(shù)量更是處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。道通智能公司和零度智控公司的專利布局相對(duì)均衡。易瓦特公司的專利則主要集中在拆裝方面。

圖16 主要專利申請(qǐng)人的專利布局

之所以增穩(wěn)所占的比重最大，是因?yàn)闊o(wú)人機(jī)在飛行的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的震動(dòng)，如果不能保證云臺(tái)和相機(jī)的穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致拍攝質(zhì)量不佳，所以一方面需要后期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的處理工作，彌補(bǔ)由于拍攝裝置晃動(dòng)造成的影響，另一方面需要使得云臺(tái)具有增穩(wěn)結(jié)構(gòu)以減少晃動(dòng)，保證穩(wěn)定飛行。

而為了全面獲得各方向影像，需要使相機(jī)多角度拍攝以及采用傾斜攝影，因此需要考慮方便調(diào)節(jié)相機(jī)角度并且對(duì)云臺(tái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)限位控制，傾斜攝影可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)正射影像的不足，大大提高快速三維建模技術(shù)的數(shù)據(jù)獲取效率。

在無(wú)人機(jī)的云臺(tái)結(jié)構(gòu)中，對(duì)于拆裝的要求也比較高，這是因?yàn)樵婆_(tái)需要經(jīng)常并且快速拆裝，安裝和拆卸時(shí)需要借助專用工具，操作繁瑣，所花費(fèi)的拆裝時(shí)間較長(zhǎng)，因此考慮從操作簡(jiǎn)單、不借助工具、在反復(fù)拆裝時(shí)對(duì)連接部不造成磨損等多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

對(duì)于大部分無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，小型化是比較重要的要求，如果云臺(tái)的外形尺寸較大、重量比較重、結(jié)構(gòu)不緊湊，則不利于無(wú)人機(jī)的小型化，因此需要無(wú)人機(jī)云臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，以提高無(wú)人機(jī)在飛行時(shí)的靈活性，同時(shí)由于承載質(zhì)量的降低還可以節(jié)省

根據(jù)涉及各技術(shù)分支的專利申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，將無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域較為重要的申請(qǐng)人總結(jié)如下。

1.大疆公司

深圳大疆公司是全球領(lǐng)先的無(wú)人飛行器控制系統(tǒng)及無(wú)人機(jī)解決方案的研發(fā)和生產(chǎn)商，其在無(wú)人機(jī)的云臺(tái)結(jié)構(gòu)方面的專利申請(qǐng)量處于絕對(duì)領(lǐng)先地位，關(guān)于無(wú)人機(jī)的云臺(tái)結(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)共計(jì)97項(xiàng)，研究主要集中在增穩(wěn)、拆裝和角度可調(diào)等方面。

深圳市大疆靈眸科技有限公司于2017年提交的申請(qǐng)（公開號(hào)為CN207191466U）為該公司涉及增穩(wěn)方面的近期的專利申請(qǐng)（如圖17所示）。其改變了傳統(tǒng)的減震方式，雖然用減震球隔振會(huì)對(duì)高頻振動(dòng)衰減，但是云臺(tái)繞重心轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)耦合，帶來(lái)外部干擾；因此采用多個(gè)減震球布局為多個(gè)減震球的幾何中心所在的幾何平面相對(duì)水平方向傾斜設(shè)置，以使得多個(gè)減震球的幾何中心所構(gòu)成的幾何形狀的形心靠近云臺(tái)的重心或與云臺(tái)的重心重合。

圖17 大疆公司CN207191466U——增穩(wěn)實(shí)例

由圖18大疆公司的專利技術(shù)分布圖可以看出，其在增穩(wěn)、拆裝和角度可調(diào)等方面所占的比例比較大，這與前文分析的無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)需要考慮的幾個(gè)因素也是吻合的。

圖18 大疆公司的專利技術(shù)分布

2.道通智能公司

深圳道通智能公司近年來(lái)涉足無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，關(guān)于無(wú)人機(jī)的云臺(tái)結(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)共計(jì)43項(xiàng)，研究主要集中在拆裝、體積小重量輕、角度可調(diào)方面。例如公開號(hào)為CN205076056U的申請(qǐng)，采用鎖緊組件將云臺(tái)座組件和機(jī)身座組件可拆卸的安裝在一起，進(jìn)而使云臺(tái)可拆卸的安裝在承載件上；公開號(hào)為CN207242056U的申請(qǐng)，將至少兩驅(qū)動(dòng)組件中的其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)組件安裝在承載拍攝裝置的承載殼體內(nèi)，從而減小云臺(tái)的尺寸；圖19為公開號(hào)CN206202711U的申請(qǐng)，通過(guò)將兩個(gè)攝像頭分別設(shè)置于橫滾軸電機(jī)組件的兩端，并朝向相反方向，使得兩個(gè)攝像頭能相互配合，進(jìn)而在同一時(shí)間內(nèi)獲取360度全景。

圖19 道通智能公司CN206202711U——角度可調(diào)實(shí)例

3.零度智控公司

北京零度智控公司是智能飛行器產(chǎn)品和智能無(wú)人機(jī)整體解決方案供應(yīng)商，其關(guān)于無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)共計(jì)27項(xiàng)，且都在2015-2017這三年間，研究主要集中在使云臺(tái)體積小、重量輕以及拆裝方面。例如圖20為公開號(hào)CN204901252U的申請(qǐng)，提供可折疊成較小尺寸的云臺(tái)支撐架，使結(jié)構(gòu)緊湊；公開號(hào)為CN104787350A的申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N相機(jī)夾持裝置，通過(guò)卡合連接的方式方便了相機(jī)的安裝和拆卸，可應(yīng)用于頻繁拆卸的場(chǎng)合。

圖20 零度智控公司CN204901252U——體積小重量輕實(shí)例

4.易瓦特公司

湖北易瓦特公司的經(jīng)營(yíng)范圍包括提供多功能飛行器、智能機(jī)器人、無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)等，其關(guān)于無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)共計(jì)23項(xiàng)，雖然其2011年最先提出的方案是關(guān)于增穩(wěn)方面的（公開號(hào)為CN202499280U），但其隨后的研究主要集中于云臺(tái)相機(jī)和無(wú)人機(jī)的連接方式以及拆裝方面的。例如圖21為公開號(hào)CN205022908U的申請(qǐng)，通過(guò)在連接機(jī)構(gòu)中利用支撐板將云臺(tái)和無(wú)人機(jī)柔性連接，克服了云臺(tái)和無(wú)人機(jī)之間的連接部位發(fā)生磨損的技術(shù)缺陷；公開號(hào)為CN105818994A的申請(qǐng)，通過(guò)第一拆卸組件和第二拆卸組件將云臺(tái)可拆式的固定于機(jī)身上，以實(shí)現(xiàn)云臺(tái)的安裝或拆卸，解決了拆卸過(guò)程復(fù)雜的技術(shù)缺陷。

圖21 易瓦特公司CN205022908U——連接方式實(shí)例

五、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行專利檢索與研究，分析無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)未來(lái)的技術(shù)發(fā)展存在以下幾方面的趨勢(shì)。

首先，按照載荷平臺(tái)在立體空間中的自由度來(lái)劃分，未來(lái)將以三軸云臺(tái)為主，因?yàn)槠漭d荷能夠在立體空間中進(jìn)行三個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)，能夠獲得較高的精度，雖然具有控制難度大、成本高的缺點(diǎn)，但可以預(yù)期的是隨著科技的發(fā)展控制系統(tǒng)的操控性會(huì)越來(lái)越好，成本也將逐漸降低，兩軸云臺(tái)可能會(huì)逐漸退出市場(chǎng)。由對(duì)大疆公司的云臺(tái)結(jié)構(gòu)專利分析也可以看出，該公司近期的申請(qǐng)也是以三軸云臺(tái)為主。

其次，由前述分析可知增穩(wěn)在目前的技術(shù)分布中占據(jù)第一位，而未來(lái)對(duì)無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)的研究仍將主要集中在增穩(wěn)方面，云臺(tái)增穩(wěn)是將全部的光學(xué)系統(tǒng)和敏感元件安裝在一個(gè)用環(huán)架系統(tǒng)懸掛起來(lái)的臺(tái)體上，并用陀螺等慣性傳感器安裝于臺(tái)體上，而云臺(tái)的穩(wěn)定也就保證了其上的光學(xué)系統(tǒng)的視軸的穩(wěn)定，即視軸的穩(wěn)定是通過(guò)對(duì)整個(gè)臺(tái)體的穩(wěn)定來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此云臺(tái)增穩(wěn)是十分重要的因素，即一方面需要在后期的數(shù)據(jù)處理時(shí)不斷優(yōu)化算法，另一方面需要在云臺(tái)的增穩(wěn)結(jié)構(gòu)方面不斷做出改進(jìn)。

再次，在未來(lái)的專利申請(qǐng)方面，增穩(wěn)、拆裝方便、角度可調(diào)、體積小重量輕、連接方式仍將繼續(xù)占據(jù)無(wú)人機(jī)云臺(tái)專利技術(shù)方向的主流。但是伴隨著無(wú)人機(jī)應(yīng)用的迅速推廣及延伸，必將導(dǎo)致無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)根據(jù)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用方向改變而進(jìn)行改進(jìn)。可以預(yù)計(jì)，伴隨著新材料的出現(xiàn)和應(yīng)用，以及控制方面技術(shù)的提升，在無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)其他領(lǐng)域的專利申請(qǐng)也將會(huì)有所發(fā)展。

最后伴隨著中國(guó)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的蓬勃興起，可以預(yù)測(cè)，中國(guó)在無(wú)人機(jī)云臺(tái)結(jié)構(gòu)方面的專利申請(qǐng)，將會(huì)繼續(xù)領(lǐng)先并占據(jù)主導(dǎo)地位。今后的發(fā)明專利申請(qǐng)將會(huì)越來(lái)越多，極有可能改變目前實(shí)用新型專利多、發(fā)明專利少的局面。

六、結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)狀況、主要申請(qǐng)人分布、技術(shù)分布、主要申請(qǐng)人的專利布局等進(jìn)行了分析。從2015年開始，相關(guān)專利申請(qǐng)量增長(zhǎng)迅猛，隨著各大企業(yè)在相關(guān)領(lǐng)域研發(fā)投入的增加，無(wú)人機(jī)中的云臺(tái)結(jié)構(gòu)具有良好的發(fā)展前景。我國(guó)申請(qǐng)人還需繼續(xù)努力，積極研發(fā)創(chuàng)新，推出有競(jìng)爭(zhēng)力、影響力的技術(shù)和品牌。