楊錳

摘要：本文通過對(duì)主從遙控式智能機(jī)器人領(lǐng)域中國(guó)專利文獻(xiàn)的檢索、標(biāo)引和梳理，基于主從遙控式智能機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及控制特點(diǎn)，分析了該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)趨勢(shì)、技術(shù)分布情況，揭示了當(dāng)前主從遙控式智能機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r及未來發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：主從遙控；機(jī)器人；控制系統(tǒng)

主從遙控式智能機(jī)器人的成功實(shí)現(xiàn)，極大地改善了機(jī)器人的作業(yè)能力。主從遙控式智能機(jī)器人一般包括主端控制系統(tǒng)、從端控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)用軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

1 專利申請(qǐng)趨勢(shì)

主從遙控式智能機(jī)器人技術(shù)起源于美國(guó)，世界范圍內(nèi)最早的該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)也出現(xiàn)于美國(guó)，隨后歐洲國(guó)家也涉足該技術(shù)領(lǐng)域，隨著科技的進(jìn)步，從上世紀(jì)80年代開始，包括日本、德國(guó)在內(nèi)的一些國(guó)家大量的出現(xiàn)了該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)，主要體現(xiàn)在機(jī)器人結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，控制系統(tǒng)的優(yōu)化等技術(shù)分支。而國(guó)內(nèi)主從遙控式智能機(jī)器人起步較晚，專利申請(qǐng)量的發(fā)展趨勢(shì)大體分為三個(gè)階段，第一階段是從1985 年到2000年，該階段是主從遙控式智能機(jī)器人的萌芽時(shí)期，發(fā)展緩慢，年申請(qǐng)量較小，均在10篇以下；第二階段是穩(wěn)步發(fā)展階段，從2001 年到2010 年，專利申請(qǐng)量穩(wěn)定在1030篇；第三階段是高速發(fā)展階段，從2011 年到2017，專利年申請(qǐng)量每年大幅增長(zhǎng)，主從遙控式智能機(jī)器人發(fā)展迅速活躍。

2 各技術(shù)分支專利申請(qǐng)情況

本文從主從遙控式智能機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域及技術(shù)路線的不同角度對(duì)專利申請(qǐng)情況進(jìn)行分析。

（1）主從遙控式智能機(jī)器人應(yīng)用于極限環(huán)境中，如人類很難接近的強(qiáng)輻射、高溫、高壓、窒息等環(huán)境，以及核電站原子反應(yīng)堆的養(yǎng)護(hù)作業(yè)，空間、海底的開發(fā)，水災(zāi)、火險(xiǎn)以及地震時(shí)搶險(xiǎn)救助等環(huán)境。

（2）主從遙控式智能機(jī)器人還應(yīng)用于醫(yī)療手術(shù)環(huán)境中，如實(shí)現(xiàn)夾持縫合、剪切器官組織、微創(chuàng)外科手術(shù)等。

在極限環(huán)境、醫(yī)療環(huán)境的應(yīng)用是該種類機(jī)器人最主要的應(yīng)用場(chǎng)合，其中國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)涉及極限環(huán)境應(yīng)用的主從遙控式智能機(jī)器人目前累計(jì)數(shù)量已達(dá)1200多篇，涉及醫(yī)療環(huán)境應(yīng)用的主從遙控式智能機(jī)器人目前累計(jì)數(shù)量已達(dá)800多篇；其中上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)是應(yīng)用于極限環(huán)境中主從遙控式智能機(jī)器人專利申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人，占總申請(qǐng)量63%；清華大學(xué)、天津大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)是應(yīng)用于醫(yī)療環(huán)境中主從遙控式智能機(jī)器人專利申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人，占總申請(qǐng)量的59%。目前國(guó)內(nèi)該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)人以重點(diǎn)高校為主，企業(yè)為輔，可見國(guó)內(nèi)高校的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)較強(qiáng)。

（3）技術(shù)路線分支。主從遙控式智能機(jī)器人的技術(shù)可以分為作業(yè)路徑規(guī)劃、控制系統(tǒng)和本體結(jié)構(gòu)等三個(gè)分支，其中本體結(jié)構(gòu)分支專利申請(qǐng)量最大，占46%；其次是控制系統(tǒng)分支占39%；作業(yè)路徑規(guī)劃分支申請(qǐng)量相對(duì)較少，占15%。其中，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在各分支上的申請(qǐng)量相對(duì)均衡，而國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)主要集中在本體結(jié)構(gòu)上，國(guó)外申請(qǐng)主要集中在控制系統(tǒng)和作業(yè)路徑規(guī)劃上。隨著國(guó)內(nèi)相關(guān)高?？蒲型度肓Χ燃哟?，相關(guān)企業(yè)數(shù)目增多，不同應(yīng)用場(chǎng)合需要大量的不同結(jié)構(gòu)的主從遙控式智能機(jī)器人，本體結(jié)構(gòu)分支的專利申請(qǐng)量在短期內(nèi)出現(xiàn)了快速增長(zhǎng)。

主從遙控式智能機(jī)器人主要由主機(jī)械手和從機(jī)械手組成，主從機(jī)械手之間建立數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)控制程序?qū)崿F(xiàn)主機(jī)械手對(duì)從機(jī)械手的控制，通過主機(jī)械手的虛擬控制使從機(jī)械手完成作業(yè)。

主從遙控式智能機(jī)器人作業(yè)路徑規(guī)劃主要是指對(duì)的作業(yè)路徑進(jìn)行預(yù)制定，在作業(yè)過程中根據(jù)環(huán)境的變化進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，該過程中要求機(jī)器人傳感器將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳遞給控制計(jì)算機(jī)，并反映在顯示器上，操作者進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控。目前國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在該技術(shù)分支的研發(fā)正處于追趕階段，在核心技術(shù)上與國(guó)外還存在一定差距，而在華的國(guó)外申請(qǐng)人多為大型企業(yè)，其在機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)分支技術(shù)較成熟，并進(jìn)行了全方位的專利布局。

控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，控制系統(tǒng)技術(shù)的研發(fā)是各科研單位、企業(yè)投入最多的領(lǐng)域。特定的主從遙控式智能機(jī)器人控制系統(tǒng)需專門設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，不同主從遙控式智能機(jī)器人的控制系統(tǒng)雖然具有一定的通用性，但由于各主從遙控式智能機(jī)器人的結(jié)構(gòu)不同，需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整以滿足不同作業(yè)需求。在該技術(shù)分支上，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人相對(duì)較少，主要包括清華大學(xué)、天津大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校，國(guó)內(nèi)企業(yè)在該技術(shù)分支投入較少，多是通過與高校合作完成，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)數(shù)量也較少，累計(jì)專利申請(qǐng)量不足100篇。國(guó)外申請(qǐng)人數(shù)量相對(duì)國(guó)內(nèi)數(shù)量較多，還是以全球性大企業(yè)為主，如OLYMPus（日本）、直觀外科手術(shù)公司ITVs等公司，該分支國(guó)外專利申請(qǐng)數(shù)量約為國(guó)內(nèi)申請(qǐng)數(shù)量的4.5倍。

主從遙控式智能機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)是機(jī)器人順利完成作業(yè)的保證。本體結(jié)構(gòu)的多樣性使該技術(shù)分支的專利申請(qǐng)量相當(dāng)于其他技術(shù)分支的4倍，尤其體現(xiàn)在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的數(shù)量上，主要原因在于機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化相對(duì)簡(jiǎn)單，該技術(shù)分支的申請(qǐng)人以國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人為主，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人中企業(yè)占比46%。經(jīng)分析，多數(shù)企業(yè)只有少量申請(qǐng)，企業(yè)申請(qǐng)的數(shù)量雖不多，但分布范圍較廣，覆蓋國(guó)內(nèi)10多個(gè)省，其中，浙江省、江蘇省占申請(qǐng)量的43%，反映出機(jī)器人技術(shù)與該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r相適應(yīng)。

3 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

主從遙控式智能機(jī)器人技術(shù)經(jīng)過近些年迅速發(fā)展， 在設(shè)計(jì)、制造、控制、應(yīng)用方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。科技的發(fā)展對(duì)主從遙控式智能機(jī)器人技術(shù)提出了更高的要求，目前國(guó)內(nèi)外都在加大科研投入，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、智能控制技術(shù)、精密制造技術(shù)已成為主從遙控式智能機(jī)器人研究的熱點(diǎn)，需不斷推進(jìn)主從遙控式智能機(jī)器人向著數(shù)字化、信息化、智能化方向發(fā)展。

4 結(jié)語

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的增強(qiáng)，面對(duì)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)越來越多，國(guó)內(nèi)各高校、科研機(jī)構(gòu)應(yīng)與企業(yè)加強(qiáng)合作，研發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、先進(jìn)的主從遙控式智能機(jī)器人； 同時(shí)，通過引進(jìn)和學(xué)習(xí)國(guó)外現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)二次技術(shù)創(chuàng)新；在提高研發(fā)和創(chuàng)新能力的同時(shí)，還要加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，完成專利布局。

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