基于專利分析的起重機智能避障技術相關態勢研究

張程

（法蘭泰克重工股份有限公司，江蘇 蘇州 215211）

起重機智能避障[1-3]，尤其是對起重機如何處理運行中突然出現障礙物的相關安全模塊產品的開發，是起重機實現智能化、無人化運行的核心。在實際使用過程中，首先針對出現的障礙物進行檢測、識別，其次判斷障礙物的體積、運行軌跡，向起重機控制系統下達指令，實現躲避障礙物，是起重機智能避障的基本邏輯。

1 數據來源和研究方法

1.1 數據來源

專利的檢索與分析主要使用Incopat專利數據庫。檢索目標文獻的申請時間范圍是2000年1月至2021年4月，檢索截至時間是2021-04-11，目標專利類型為發明和實用新型。專利檢索地域范圍是全球。

1.2 分析方法

專利信息分析方法分為定量分析與定性分析2種。定量分析是通過專利文獻上所固有的項目如申請日期、申請人、分類、申請國家等來識別有關文獻，然后將這些專利文獻按有關指標如專利數量、同族專利數量、專利引文數量等來進行統計分析，并從技術和經濟的角度對有關統計數據的變化進行解釋，以取得動態發展趨勢方面的情報。定性分析是以專利說明書、權利要求、圖紙等技術內容并按技術特征來歸并有關專利并使其有序化的分析。

1.3 技術分解

起重機智能避障過程主要包括檢測起重機周圍是否有障礙物、判斷障礙物是否影響正常運行，如果障礙物對起重機的安全運行構成了威脅，起重機將采取什么措施以保證安全運行，據此分出前三個一級技術分支。另外基于專利文獻的特點，還有一部分專利的發明點聚焦在對起重機結構的改進，這部分文獻將歸于第四個一級技術分支系統結構。起重機安全技術分解表如表1所示。

表1 起重機安全技術分解表

2 專利宏觀態勢分析

2.1 專利申請趨勢分析

如圖1所示，從全球申請總量上來看，起重機智能避障技術的專利申請可分為技術積累期（2000—2008年）、發展期（2009—2016年）和快速發展期（2017年至今）。在技術積累期內，專利年申請量維持在20項左右。自2009年開始進入發展期，2009—2014年有關起重機智能避障技術的專利申請持續增長，發明和實用新型專利幾乎平分秋色。經2015年小幅下降后2016年的申請繼續呈現出2009—2014年時的增長趨勢。2016年，中國機器人及無人駕駛技術發展迅猛，帶動了許多中國傳統制造業致力于向互聯網化智能制造升級。然而起重機智能避障處理中的障礙檢測技術、判斷障礙物情況和起重機自主路徑規劃等技術均能借鑒機器人及無人駕駛技術的相關技術構思。

圖1 全球申請趨勢

2.2 專利布局區域分析

如圖2所示，在起重機智能避障技術專利主要原創地區分析中，中國占80%，剩余的20%主要分布在日本、韓國、美國和德國。可見中國是全球最主要的技術來源國，在起重機領域的技術創新能力較強。

圖2 全球技術專利主要原創地區占比

2.3 主要申請人分析

如圖3所示，全球起重機智能避障技術申請量排名前十名的申請人全部來自企業。其中有3位來自國外。排名第一的是來自日本的多田野。

圖3 全球主要申請人排名

3 專利技術分析

3.1 一級技術布局情況

起重機智能避障技術分解成障礙物檢測（檢測）、判斷障礙物是否影響正常運行（判斷）、起重機采取措施（措施）和系統結構4個一級分支。如圖4所示，全球范圍內涉及結構的申請數量最多，其次是涉及判斷出障礙物對起重機影響的技術、起重機所采取措施的技術，分別排名第二、第三，涉及檢測障礙物的技術排名第四。如圖5所示，在國內排名第一的技術是結構類，其次是措施、判斷和檢測，可見，在中國關于判斷技術的申請存在空白。

圖4 全球涉及起重機智能避障技術相關專利一級技術分支分布

圖5 中國涉及起重機智能避障技術相關專利一級技術分支分布

3.2 涉及判斷技術申請趨勢分析

如圖6所示，從全球判斷技術專利申請趨勢看，在2011年以前涉及判斷技術的專利申請較少，2012年至今涉及判斷技術的專利申請呈波動上升的趨勢。到2017年專利申請數量達57項，經2018年小幅回落后2019年申請數量又回升到2017年的水平。盡管2019年后的專利申請尚未盡數公開，但可以預計的是2019年后相關申請的數量將進一步增長。可以看出除了2015和2016年，其余年份中涉及判斷技術的專利類型均以發明為主。

圖6 判斷技術相關專利全球申請趨勢

如圖7所示，在國內，涉及起重機措施相關技術的專利申請數量較多。2011年以前申請量較少，2011年的申請數量超過10項。2012—2017年期間波動增長，盡管2019年的專利申請未盡數公開，可以預見2019至今，中國涉及判斷技術的專利申請仍在增長。從專利類型的變化趨勢來看，涉及判斷技術發明占比和實用新型占比呈交替增長的趨勢，近些年的專利申請以發明為主。

圖7 判斷技術相關專利中國申請趨勢

3.3 涉及判斷的二級技術占比趨勢分析

涉及判斷的二級技術專利占比變化趨勢能夠反映出其各二級技術分支動態專利分布情況。如圖8所示，全球范圍內，2010年至今，涉及位置信息數據處理技術的專利申請不僅申請量最高，而且申請量占比還處在增長的趨勢，是當前的技術熱點。涉及區域確定的技術從2013年至今每年都保持有一定數值的專利申請。涉及遠程通訊的專利申請近些年占比有所降低，而涉及顯示障礙物的專利申請占比從2016年開始到2019年出現小幅增長后近些年開始回落。涉及監控系統的專利申請占比近些年波動式地保持在一定水平。

圖8 判斷的二級技術分支全球專利占比變化趨勢

如圖9所示，在國內，2010年至今，涉及監控系統的專利申請量最大，雖然近幾年的申請占比有所下降，但每年的申請數量并沒減小。值得注意的是，涉及位置信息數據處理技術、區域確定的技術在中國的專利申請占比近幾年處于上升的趨勢。遠程通訊技術在2012年以前占比較高，經歷了2013—2019年的波動后，近些年的占比又一次呈上升的趨勢，遠程通訊與起重機安全技術結合較為容易實現并具有實際的意義。

圖9 判斷的二級技術分支中國專利占比變化趨勢

4 結論與建議

將起重機智能避障技術分成檢測、判斷、措施、結構4個一級技術指標進行分析，檢測、措施、結構這3個一級技術分支，中國和全球申請趨勢、申請技術分布等方面的趨勢基本保持一致。但是判斷技術分支在全球4個技術中排名第二，在中國排名第三，可見中國關于判斷障礙物對起重機影響是專利申請存在差異。

將判斷技術細分成位置數據處理、危險區域限定、遠程通訊、顯示和監控系統5個二級技術分支。結合中國和全球判斷技術的二級技術指標對比，得出如下結論：①二級技術的排名是一致的，專利申請量最大的二級分支是監控系統，其次是遠程通訊；②中國在區域確定和數據處理這2個技術分支的申請量占比明顯低于全球水平；③遠程通訊技術也有較多的申請量，申請人更傾向于通過新模塊的疊加來提出新的技術方案。

起重機的無人化、智能化是發展趨勢。判斷技術針對危險源“檢測—判斷—措施”的重要一環，對起重機安全有關的障礙物判斷領域的專利申請、運用、保護提出以下建議。

通過研究國外區域確定和數據處理2個分支領域的專利文獻迅速了解國外在這些領域的專利布局。障礙物判斷的核心技術內容是數學建模和算法，應該加大研發投入，并通過軟件著作權、專利等多種方式組合保護知識產權。