步行人形機器人專利技術綜述

唐德歡

摘 要：基于CNABS和DWPI數據庫，通過檢索、統計和分析國內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發展狀況，并通過對專利申請的時空特征、技術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等結論，對企業、高校等機構的步行人形機器人研發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 技術領域 技術分支 發展狀況

引言

機器人根據不同應用需求被設計成不同形狀，如運用于工業的機械臂、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、醫療、教育、娛樂等多個領域得到應用。隨著現代化的發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，控制技術等多門科學于一體，代表著一個國家的高科技發展水平。從機器人技術和人工智能的研究現狀來看，要完全實現高智能，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，實現不同環境下的穩定行走，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、技術發展狀況

1.技術分解

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

截至本次檢索時間截止2018年6月，經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的全球專利申請共計1284項，其來自19個國家或地區的總計642位申請人，總體發展趨勢呈現增長狀態。

（1）核心專利

根據數據庫中專利文獻的被引頻次數對本領域的專利申請進行排序，列舉出被引頻次數位列前三的專利申請，見表1。

一般而言，被引頻次數越高說明該專利的技術含量越高，同族專利數量越大說明該專利的市場經濟價值越高。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）專利技術發展演進

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演進路線。從步行人形機器人技術專利申請的發展大致經歷了以下三個主要發展階段：

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，早期涉及的技術手段主要是從機構學方向對步行人形機器人的結構進行設計，步行方法方面，主要的技術是基于踝關節力矩控制。

第二階段（2001年-2008年）為快速發展期。在該階段，步行人形機器人的研究得到了高度的重視，隨著其不斷的發展，為了不斷的滿足社會的需求，步行人形機器人的技術的發展越來越豐富。在雙足行走方式方面出現了許多新控制方式，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，并且據此事先移動重心來改變步調，從而可以使得從直行改為轉彎時的步行動作變得連續流暢。這一階段中，步行人形機器人的行走穩定性、路徑規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）為全面發展期。社會需求不斷增大，越來越多的機構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，該階段的技術發展方向主要集中在機器人各部位結構的細化研究、傳感器技術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涉及機器人的欠驅動靈巧手裝置，具有5個獨立控制的手指和15個關節自由度，由10個電機驅動，能夠實現手指可變初始構型及部分耦合的自適應抓取特殊效果。

結語

本文對步行人形機器人專利技術進行分析和整理，重點關注了本領域的技術發展走向以及主要申請人的研發側重等信息，分析表明國內的步行人形機器人技術多數還處于高校內的一些研究，企業對于這個領域的研究相對較少，步行人形機器人產業化的進程仍然任重道遠。同時，從步行人形機器人專利技術分支的統計中可知，國內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，仿人機器人國內外研究動態，機床與液壓，2006年No.3