主从遥控式智能机器人专利分析

杨锰

摘要：本文通过对主从遥控式智能机器人领域中国专利文献的检索、标引和梳理，基于主从遥控式智能机器人的结构及控制特点，分析了该领域国内专利申请趋势、技术分布情况，揭示了当前主从遥控式智能机器人的发展状况及未来发展趋势。

关键词：主从遥控；机器人；控制系统

主从遥控式智能机器人的成功实现，极大地改善了机器人的作业能力。主从遥控式智能机器人一般包括主端控制系统、从端控制系统和视频监控系统，运用软件对系统进行控制，實现人机交互。

1 专利申请趋势

主从遥控式智能机器人技术起源于美国，世界范围内最早的该领域专利申请也出现于美国，随后欧洲国家也涉足该技术领域，随着科技的进步，从上世纪80年代开始，包括日本、德国在内的一些国家大量的出现了该领域专利申请，主要体现在机器人结构的改进，控制系统的优化等技术分支。而国内主从遥控式智能机器人起步较晚，专利申请量的发展趋势大体分为三个阶段，第一阶段是从1985 年到2000年，该阶段是主从遥控式智能机器人的萌芽时期，发展缓慢，年申请量较小，均在10篇以下；第二阶段是稳步发展阶段，从2001 年到2010 年，专利申请量稳定在1030篇；第三阶段是高速发展阶段，从2011 年到2017，专利年申请量每年大幅增长，主从遥控式智能机器人发展迅速活跃。

2 各技术分支专利申请情况

本文从主从遥控式智能机器人应用领域及技术路线的不同角度对专利申请情况进行分析。

（1）主从遥控式智能机器人应用于极限环境中，如人类很难接近的强辐射、高温、高压、窒息等环境，以及核电站原子反应堆的养护作业，空间、海底的开发，水灾、火险以及地震时抢险救助等环境。

（2）主从遥控式智能机器人还应用于医疗手术环境中，如实现夹持缝合、剪切器官组织、微创外科手术等。

在极限环境、医疗环境的应用是该种类机器人最主要的应用场合，其中国内专利申请涉及极限环境应用的主从遥控式智能机器人目前累计数量已达1200多篇，涉及医疗环境应用的主从遥控式智能机器人目前累计数量已达800多篇；其中上海交通大学、哈尔滨工业大学、河北工业大学是应用于极限环境中主从遥控式智能机器人专利申请的主要申请人，占总申请量63%；清华大学、天津大学、合肥工业大学是应用于医疗环境中主从遥控式智能机器人专利申请的主要申请人，占总申请量的59%。目前国内该技术领域的专利申请人以重点高校为主，企业为辅，可见国内高校的知识产权保护意识较强。

（3）技术路线分支。主从遥控式智能机器人的技术可以分为作业路径规划、控制系统和本体结构等三个分支，其中本体结构分支专利申请量最大，占46%；其次是控制系统分支占39%；作业路径规划分支申请量相对较少，占15%。其中，国内申请人在各分支上的申请量相对均衡，而国内专利申请主要集中在本体结构上，国外申请主要集中在控制系统和作业路径规划上。随着国内相关高校科研投入力度加大，相关企业数目增多，不同应用场合需要大量的不同结构的主从遥控式智能机器人，本体结构分支的专利申请量在短期内出现了快速增长。

主从遥控式智能机器人主要由主机械手和从机械手组成，主从机械手之间建立数学模型，利用计算机控制程序实现主机械手对从机械手的控制，通过主机械手的虚拟控制使从机械手完成作业。

主从遥控式智能机器人作业路径规划主要是指对的作业路径进行预制定，在作业过程中根据环境的变化进行适应性调整，该过程中要求机器人传感器将实时数据准确传递给控制计算机，并反映在显示器上，操作者进行实时调控。目前国内申请人在该技术分支的研发正处于追赶阶段，在核心技术上与国外还存在一定差距，而在华的国外申请人多为大型企业，其在机器人路径规划技术分支技术较成熟，并进行了全方位的专利布局。

控制系统是机器人的大脑，控制系统技术的研发是各科研单位、企业投入最多的领域。特定的主从遥控式智能机器人控制系统需专门设计控制系统，不同主从遥控式智能机器人的控制系统虽然具有一定的通用性，但由于各主从遥控式智能机器人的结构不同，需要对控制系统进行调整以满足不同作业需求。在该技术分支上，国内申请人相对较少，主要包括清华大学、天津大学、哈尔滨工业大学等高校，国内企业在该技术分支投入较少，多是通过与高校合作完成，国内申请数量也较少，累计专利申请量不足100篇。国外申请人数量相对国内数量较多，还是以全球性大企业为主，如OLYMPus（日本）、直观外科手术公司ITVs等公司，该分支国外专利申请数量约为国内申请数量的4.5倍。

主从遥控式智能机器人本体结构是机器人顺利完成作业的保证。本体结构的多样性使该技术分支的专利申请量相当于其他技术分支的4倍，尤其体现在国内申请的数量上，主要原因在于机器人本体结构的设计与优化相对简单，该技术分支的申请人以国内申请人为主，国内申请人中企业占比46%。经分析，多数企业只有少量申请，企业申请的数量虽不多，但分布范围较广，覆盖国内10多个省，其中，浙江省、江苏省占申请量的43%，反映出机器人技术与该地区经济发展状况相适应。

3 技术发展趋势

主从遥控式智能机器人技术经过近些年迅速发展， 在设计、制造、控制、应用方面都取得了长足的进步。科技的发展对主从遥控式智能机器人技术提出了更高的要求，目前国内外都在加大科研投入，虚拟现实技术、智能控制技术、精密制造技术已成为主从遥控式智能机器人研究的热点，需不断推进主从遥控式智能机器人向着数字化、信息化、智能化方向发展。

4 结语

随着我国综合国力的增强，面对的机遇和挑战越来越多，国内各高校、科研机构应与企业加强合作，研发出拥有自主知识产权的、先进的主从遥控式智能机器人； 同时，通过引进和学习国外现有的先进技术，实现二次技术创新；在提高研发和创新能力的同时，还要加强知识产权保护，完成专利布局。

参考文献：

[1]李群智.机器人辅助显微外科手术系统的研究与开发[D].天津：天津大学，2004.

[2]徐旭明，叶榛，陶品，等.基于视觉临场感的机器人遥操作系统[J].高技术通讯，2000，3：5760.