諶　凱，林志堅(jiān)，應(yīng)向偉，仇秋飛，吳巧玲，趙云飛，吳葉青

(浙江省科技信息研究院，杭州　310006)

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基于專利地圖的農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)研究

諶凱，林志堅(jiān)，應(yīng)向偉，仇秋飛，吳巧玲，趙云飛，吳葉青

(浙江省科技信息研究院，杭州310006)

摘要：農(nóng)業(yè)機(jī)器人是農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的重要潛在發(fā)展方向，可提升農(nóng)機(jī)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力、驅(qū)動(dòng)科技創(chuàng)新及促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提升。為此，針對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)繪制專利地圖，從發(fā)展趨勢(shì)、重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域、地域分布、競(jìng)爭(zhēng)機(jī)構(gòu)及高引專利等方面開(kāi)展態(tài)勢(shì)研究，以為相關(guān)政府部門、企業(yè)和高校院所進(jìn)一步發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)和技術(shù)提供情報(bào)支撐。研究結(jié)果表明：農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)真正的發(fā)展階段出現(xiàn)在1993年以后，總體呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)，而且這一趨勢(shì)延續(xù)至今。機(jī)械手的末端執(zhí)行器、自動(dòng)導(dǎo)航及目標(biāo)探測(cè)與定位是該領(lǐng)域的重點(diǎn)研發(fā)技術(shù)，而收獲機(jī)器人、田間作業(yè)機(jī)器人、植保機(jī)器人是該領(lǐng)域的重點(diǎn)研發(fā)種類。我國(guó)近年來(lái)對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)熱情高漲，申請(qǐng)有大量相關(guān)專利，但專利質(zhì)量相對(duì)美國(guó)和日本較低，核心專利缺失，技術(shù)水平還有待進(jìn)一步提高。此外，還從政府、企業(yè)和產(chǎn)業(yè)園區(qū)3個(gè)層面提出了我國(guó)進(jìn)一步發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的對(duì)策建議。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)器人；專利地圖；競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)

0引言

農(nóng)業(yè)機(jī)器人以完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)為目的，隸屬于特種機(jī)器人范疇，是一種兼有四肢行動(dòng)、信息感知能力及可重復(fù)編程功能的柔性自動(dòng)化或半自動(dòng)化智能化農(nóng)業(yè)裝備，集傳感技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)、通訊技術(shù)及精密機(jī)械技術(shù)等多種前沿科學(xué)技術(shù)于一身。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的日趨工業(yè)化、規(guī)?；途珳?zhǔn)化，農(nóng)業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的科研重點(diǎn)之一，其在育苗、移苗、嫁接和農(nóng)產(chǎn)品收獲等方面均得到了初步應(yīng)用。農(nóng)業(yè)機(jī)器人在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式、解決勞動(dòng)力不足，以及實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的規(guī)?；?、多樣化和精準(zhǔn)化等方面顯示出了極大的優(yōu)越性[1-10]。隨著研究的深入和市場(chǎng)需求的不斷增加，農(nóng)業(yè)機(jī)器人及農(nóng)業(yè)智能裝備將成為提升相關(guān)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力、驅(qū)動(dòng)科技創(chuàng)新和促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提升的重要發(fā)展方向。

為此，本文基于專利地圖，開(kāi)展農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)研究，得出發(fā)展趨勢(shì)、重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域、地域分布、競(jìng)爭(zhēng)機(jī)構(gòu)及高引專利等方面的競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)，為相關(guān)政府部門、企業(yè)和高校院所進(jìn)一步發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)和技術(shù)提供情報(bào)支撐。

本研究使用了德溫特專利和國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局中國(guó)專利數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合關(guān)鍵詞、IPC分類、德溫特手工代碼的方法進(jìn)行專利檢索和數(shù)據(jù)采集，共得到與農(nóng)業(yè)機(jī)器人相關(guān)的德溫特專利1 779項(xiàng)專利族，3 777件專利；中國(guó)專利715件，其中中國(guó)申請(qǐng)人申請(qǐng)的中國(guó)專利為656件(檢索時(shí)間范圍為1962年至2015年5月)。專利分析工具上，綜合應(yīng)用了Thomson公司的TDA、Thomson Innovation以及國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局出版社專利分析軟件等工具。對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展規(guī)模、發(fā)展趨勢(shì)、技術(shù)領(lǐng)域、地域分布和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)構(gòu)等方面繪制了專利地圖。

1發(fā)展趨勢(shì)

從農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)年度專利走勢(shì)來(lái)看(見(jiàn)圖1)，農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展大致可分為3個(gè)階段：第1階段為技術(shù)孕育階段(1975-1992年)。最早的農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)專利申請(qǐng)出現(xiàn)在1975年，一直到1992年，每年專利申請(qǐng)量都不足20項(xiàng)，說(shuō)明農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)處于孕育階段。第2階段為起步發(fā)展階段(1993-2002年)。在20年的時(shí)間里，農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)每年的專利申請(qǐng)量保持在10~55項(xiàng)左右。第3階段為高速發(fā)展階段(2003年至今)。2003年開(kāi)始，農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)每年的專利申請(qǐng)量出現(xiàn)高速增長(zhǎng)，從2003年的38項(xiàng)增長(zhǎng)到2012年的220項(xiàng)。

由于專利申請(qǐng)中存在的18個(gè)月公開(kāi)期，使得大量專利還處于未公開(kāi)狀態(tài)，因此2013年和2014年的數(shù)據(jù)在這里不做分析。

縱觀農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量，農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)真正的發(fā)展階段出現(xiàn)在1993年以后，總體呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)，而且這一趨勢(shì)延續(xù)至今，說(shuō)明國(guó)際上技術(shù)研發(fā)熱情很高，短期發(fā)展前景毋庸置疑。

圖1　年度專利走勢(shì)圖

2重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域

2.1　重點(diǎn)研發(fā)技術(shù)

DII手工代碼和國(guó)際專利分類號(hào)(IPC)包含了專利的技術(shù)信息，通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人相關(guān)專利進(jìn)行基于DII手工代碼和IPC的統(tǒng)計(jì)分析，可以了解農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)。

表1和表2分別列出了農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的TOP20的手工代碼和IPC代碼，從中均可看出機(jī)械手(包括機(jī)械手的末端執(zhí)行器)及其控制、自動(dòng)導(dǎo)航及目標(biāo)探測(cè)與定位是該技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)，同時(shí)也是關(guān)鍵技術(shù)。

表1　農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)專利申請(qǐng)的TOP 20手工代碼

續(xù)表1

表2　農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)專利申請(qǐng)的TOP 20 IPC代碼

對(duì)主要技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行年度走勢(shì)分析，可以發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的年度發(fā)展情況。如圖2所示，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)于1981年開(kāi)始有第1份相關(guān)申請(qǐng)(由加拿大DIFFRACTO公司申請(qǐng))，而專利申請(qǐng)量從1998年開(kāi)始快速增長(zhǎng)，并于2010年達(dá)到小高峰。而農(nóng)業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器技術(shù)于1982年開(kāi)始有第1份相關(guān)申請(qǐng)(由匈牙利MEZOGAZDASAGI ELELM公司申請(qǐng)，關(guān)于水果采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器)，申請(qǐng)量于1994年達(dá)到一個(gè)小高峰，達(dá)到17項(xiàng)(其中10項(xiàng)由日本久保田申請(qǐng)，5項(xiàng)由日本洋馬申請(qǐng));隨后專利量出現(xiàn)起伏，于2011年開(kāi)始再次快速增長(zhǎng)，2012年申請(qǐng)量達(dá)27項(xiàng)，2013年申請(qǐng)量(不完全數(shù)據(jù))達(dá)37項(xiàng)，在2011年絕大多數(shù)相關(guān)專利由中國(guó)高校申請(qǐng)。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的目標(biāo)探測(cè)與定位技術(shù)于1980年開(kāi)始有第1份相關(guān)申請(qǐng)(由法國(guó)ENSERB ECOLE NAT公司申請(qǐng))，而直到2002年，每年的專利申請(qǐng)量不足10項(xiàng);從2003年開(kāi)始，專利申請(qǐng)量出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，從2003年的13項(xiàng)增長(zhǎng)到2012年的53項(xiàng)。

圖2　關(guān)鍵技術(shù)專利族年度分布

2.2　重點(diǎn)研發(fā)種類

如表3所示：農(nóng)業(yè)機(jī)器人相關(guān)專利申請(qǐng)中，最熱門的依次為收獲機(jī)器人(包括收獲、采摘和割草)、田間作業(yè)機(jī)器人、植保機(jī)器人、分級(jí)分選機(jī)器人和噴灌機(jī)器人，所占比例分別為40.7%、27.0%、12.1%、4.6%和3.5%。

表3　各類農(nóng)業(yè)機(jī)器人專利族分布

圖3展示了各類農(nóng)業(yè)機(jī)器人上各種關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)情況。從圖3中可以看出：目標(biāo)探測(cè)與定位、末端執(zhí)行器和自動(dòng)導(dǎo)航這3種關(guān)鍵技術(shù)在收獲機(jī)器人上的研發(fā)最為熱門，其次是田間作業(yè)機(jī)器人；而對(duì)于植保機(jī)器人，3種關(guān)鍵技術(shù)中，目標(biāo)探測(cè)與定位技術(shù)的研發(fā)最為熱門，對(duì)于分級(jí)分選機(jī)器人，則是末端執(zhí)行器的研發(fā)最為熱門。

圖3　各類農(nóng)業(yè)機(jī)器人中關(guān)鍵技術(shù)的專利族分布

3專利區(qū)域分布

依據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)1 779項(xiàng)德溫特專利族分布來(lái)看，全球農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)專利主要來(lái)源國(guó)為中國(guó)、日本、美國(guó)、韓國(guó)和德國(guó)等。本節(jié)主要從全球?qū)＠植?、主要?guó)家專利申請(qǐng)量年度分布、主要國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)布局、主要國(guó)家全球?qū)＠季值冉嵌葘?duì)全球農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)格局進(jìn)行分析和研究。

3.1　國(guó)際技術(shù)研發(fā)格局

所謂專利優(yōu)先權(quán)是指申請(qǐng)人在一個(gè)國(guó)家第1次提出申請(qǐng)后，可以在專利法規(guī)定的期限內(nèi)就同一主題向其他國(guó)家申請(qǐng)保護(hù)，這一申請(qǐng)?jiān)谀承┓矫姹灰暈槭窃诘?次申請(qǐng)的申請(qǐng)日提出的。通常而言，發(fā)明人會(huì)在本國(guó)就其發(fā)明創(chuàng)造第1次提出專利申請(qǐng)，所以優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)的地域分布可以反映國(guó)家的技術(shù)實(shí)力。

如圖4所示，從農(nóng)業(yè)機(jī)器人1 779項(xiàng)優(yōu)先權(quán)專利的區(qū)域分布看，中國(guó)的專利申請(qǐng)量為656項(xiàng)，處于絕對(duì)的領(lǐng)先地位，占據(jù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)所有優(yōu)先權(quán)專利的37%；日本排名第2，占據(jù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)所有優(yōu)先權(quán)專利的18%，排名3~5位的分別是美國(guó)、韓國(guó)和德國(guó)；排名前5位的國(guó)家占了所有優(yōu)先權(quán)專利的76%。

圖5是TOP5優(yōu)先權(quán)國(guó)的專利申請(qǐng)隨年代的分布圖。從圖5中可以看出：日本起步相對(duì)較晚，直到1982年才出現(xiàn)第1份相關(guān)專利申請(qǐng)；但是，在該領(lǐng)域發(fā)展較快，申請(qǐng)量在1994 -1996年達(dá)到一個(gè)小高峰，專利申請(qǐng)量分別為39、45和29項(xiàng)。1996年后，雖然專利申請(qǐng)量出現(xiàn)回落，但是每年也保持5~20項(xiàng)的專利申請(qǐng)。美國(guó)在該領(lǐng)域則是起步最早，于1975年出現(xiàn)第1份專利申請(qǐng)，相關(guān)專利申請(qǐng)量從1999年開(kāi)始出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，每年保持10~25項(xiàng)的專利申請(qǐng)。我國(guó)起步較晚，直到1990年才有第1份相關(guān)專利申請(qǐng)；但從2005年開(kāi)始，在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量開(kāi)始出現(xiàn)高速增長(zhǎng)，從2005年的8項(xiàng)猛增至2012年的151項(xiàng)和2013年的151項(xiàng)(2013年的數(shù)據(jù)由于專利公開(kāi)時(shí)間的原因還不是完全數(shù)據(jù))，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出同時(shí)期其他國(guó)家關(guān)于農(nóng)業(yè)機(jī)器人的專利申請(qǐng)，預(yù)計(jì)短期內(nèi)還會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，這說(shuō)明我國(guó)近年來(lái)對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)熱情高漲，正在積極進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和儲(chǔ)備，為產(chǎn)業(yè)化作準(zhǔn)備。

圖4　優(yōu)先權(quán)專利國(guó)際區(qū)域分布

圖5　TOP 5優(yōu)先權(quán)國(guó)專利族年度分布

由圖6 TOP5優(yōu)先權(quán)國(guó)技術(shù)領(lǐng)域布局圖看，中國(guó)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的目標(biāo)探測(cè)與定位和末端執(zhí)行器技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量處于絕對(duì)的領(lǐng)先地位；日本緊隨其后，在末端執(zhí)行器技術(shù)領(lǐng)域具有較多專利申請(qǐng)；美國(guó)雖然專利申請(qǐng)量不多，但是在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域具有較大優(yōu)勢(shì)。

圖6　TOP5優(yōu)先權(quán)國(guó)技術(shù)領(lǐng)域布局圖

如圖7所示：TOP5優(yōu)先權(quán)國(guó)對(duì)不同農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)投入也略有不同。中國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)和德國(guó)均最為關(guān)注收獲機(jī)器人，其次為田間作業(yè)機(jī)器人、植保機(jī)器人等；日本則是最為關(guān)注田間作業(yè)機(jī)器人，其次是收獲機(jī)器人、植保機(jī)器人等。

圖7　TOP5優(yōu)先權(quán)國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的布局圖

3.2　主要專利國(guó)家全球?qū)＠季?/h2>

日本和美國(guó)作為農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)研發(fā)的強(qiáng)國(guó)，對(duì)世界市場(chǎng)的爭(zhēng)奪也非常激烈，因此除了對(duì)本國(guó)進(jìn)行專利保護(hù)外，為了在國(guó)外生產(chǎn)、銷售農(nóng)業(yè)機(jī)器人，必須在國(guó)外地區(qū)申請(qǐng)相關(guān)專利以求獲得知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，同時(shí)該國(guó)同族專利的申請(qǐng)也可以反映出其市場(chǎng)戰(zhàn)略。

由圖8中可以了解到，日本除在本國(guó)申請(qǐng)外，同時(shí)重點(diǎn)在美國(guó)、歐洲、德國(guó)和中國(guó)等國(guó)家和地區(qū)進(jìn)行布局，表明日本更為重視這些國(guó)家和地區(qū)的市場(chǎng)；美國(guó)雖然專利申請(qǐng)量少于日本，但是在本國(guó)外的布局力度強(qiáng)于日本，美國(guó)在歐洲、澳大利亞、德國(guó)、中國(guó)和日本部署有大量專利，這也說(shuō)明美國(guó)雖然相關(guān)專利申請(qǐng)量不大，但是在農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域具有很強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力。

圖8　主要專利國(guó)家全球?qū)＠季?/p>

我國(guó)作為農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量排名第一的大國(guó)，主要針對(duì)本國(guó)市場(chǎng)，只在國(guó)外零星地申請(qǐng)了幾件專利，如在美國(guó)申請(qǐng)了2件專利，在歐洲申請(qǐng)了2件專利，在德國(guó)申請(qǐng)了1件專利，另外申請(qǐng)了7項(xiàng)PCT專利。這說(shuō)明國(guó)內(nèi)創(chuàng)新主體的專利保護(hù)意識(shí)還不夠強(qiáng)，而且值得向國(guó)外申請(qǐng)專利的真正有價(jià)值的技術(shù)少之又少，側(cè)面印證了我國(guó)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域核心技術(shù)的缺失。

3.3　主要國(guó)家專利質(zhì)量分析

表4綜合反映了TOP5優(yōu)先權(quán)國(guó)家的專利質(zhì)量。中國(guó)雖然優(yōu)先權(quán)專利數(shù)量遠(yuǎn)多于日本和美國(guó)，但無(wú)論是總被引次數(shù)、平均被引次數(shù)、專利被引率還是PCT專利數(shù)量及美國(guó)專利數(shù)量等，都遠(yuǎn)低于美國(guó)。這說(shuō)明我國(guó)雖然相關(guān)專利數(shù)量多，但是專利質(zhì)量較低，研發(fā)水平還有待進(jìn)一步提高。相比之下，美國(guó)則是專利質(zhì)量最高的國(guó)家。

表4　主要國(guó)家專利指標(biāo)

3.4　國(guó)內(nèi)技術(shù)分布格局

如圖9所示：中國(guó)專利申請(qǐng)的國(guó)外申請(qǐng)人主要來(lái)自美國(guó)、WO、日本、歐洲等， 這與這些國(guó)家和地區(qū)的農(nóng)

業(yè)機(jī)器人技術(shù)研發(fā)能力相吻合。可見(jiàn)，農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)傳統(tǒng)強(qiáng)國(guó)在搶占中國(guó)這一新興市場(chǎng)時(shí)，均非常重視借助專利布局提高競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)和技術(shù)的雙重壟斷。

圖9　中國(guó)專利中國(guó)外申請(qǐng)人的主要來(lái)源國(guó)

如圖10所示：在國(guó)內(nèi)，農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)方面，江蘇、浙江、山東、北京和陜西等排在前列。江蘇研發(fā)主力是江蘇大學(xué)和江南大學(xué)等；浙江研發(fā)主力是浙江理工大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)和浙江大學(xué)等。

圖10　中國(guó)專利中國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人的地域分布

如圖11所示：江蘇在目標(biāo)探測(cè)與定位技術(shù)領(lǐng)域和末端執(zhí)行器存在較大優(yōu)勢(shì)，浙江則是在自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

如圖12所示：國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)器人種類方面，江蘇比較關(guān)注收獲機(jī)器人和分級(jí)分選機(jī)器人的研發(fā)；浙江更為關(guān)注田間作業(yè)機(jī)器人的研發(fā)；山東則更為關(guān)注植保機(jī)器人的研發(fā)。

圖11　主要省市技術(shù)領(lǐng)域布局圖

圖12　主要省市農(nóng)業(yè)機(jī)器人種類布局圖

4專利競(jìng)爭(zhēng)機(jī)構(gòu)

本節(jié)主要從國(guó)際和國(guó)內(nèi)角度研究農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)構(gòu)，包括國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)機(jī)構(gòu)排名、機(jī)構(gòu)活躍度、創(chuàng)新能力研究、主要競(jìng)爭(zhēng)機(jī)構(gòu)技術(shù)特長(zhǎng)，以及主要機(jī)構(gòu)的合作情況等。

4.1　國(guó)際申請(qǐng)人排名

如圖13所示：在全球?qū)＠暾?qǐng)排名前20位的申請(qǐng)人中，日本企業(yè)占了5席，分別是日本井關(guān)農(nóng)機(jī)、久保田、洋馬、三菱和生物系特定產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究推進(jìn)機(jī)構(gòu)；其他國(guó)家的企業(yè)有美國(guó)的迪爾和凱斯紐荷蘭、瑞典的胡斯華納、德國(guó)的博世及以色列的F ROBOTICS。各企業(yè)申請(qǐng)量的排名在一定程度上反映了企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力，但是也和企業(yè)專利布局和重視程度等因素密切相關(guān)。

如圖14所示：選取農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)相關(guān)專利數(shù)量排名前5位的日本井關(guān)農(nóng)機(jī)、中國(guó)江蘇大學(xué)、瑞典胡斯華納、日本久保田和美國(guó)迪爾分析其技術(shù)特長(zhǎng)。結(jié)果顯示：日本久保田在末端執(zhí)行器技術(shù)領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)；日本井關(guān)農(nóng)機(jī)在目標(biāo)探測(cè)與定位技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢(shì)；瑞典胡斯華納和美國(guó)迪爾則是在自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

圖13　主要專利申請(qǐng)人國(guó)際排名

圖14　全球重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)特長(zhǎng)

如圖15所示：在農(nóng)業(yè)機(jī)器人種類方面，瑞典胡斯華納在收獲機(jī)器人方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)，該公司側(cè)重研發(fā)收獲機(jī)器人中的割草機(jī)器人；日本井關(guān)農(nóng)機(jī)在田間作業(yè)機(jī)器人方面占據(jù)較大優(yōu)勢(shì)；日本久保田在分級(jí)分選機(jī)器人方面占據(jù)一定優(yōu)勢(shì)；美國(guó)迪爾則是在噴灌機(jī)器人方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

在全球?qū)＠暾?qǐng)排名前20位的申請(qǐng)人中，我國(guó)申請(qǐng)人最多，占據(jù)了10席，按申請(qǐng)量多少排序分別為江蘇大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、江南大學(xué)、浙江理工大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)和北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心。這說(shuō)明我國(guó)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域具備一定的研究實(shí)力。但同時(shí)我們也能發(fā)現(xiàn)，在這些申請(qǐng)人中，沒(méi)有中國(guó)企業(yè)的身影，說(shuō)明在農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域我國(guó)仍然處于技術(shù)研發(fā)和積累階段，是國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人目前研究的熱點(diǎn)所在，技術(shù)水平還有待突破，未來(lái)存在很大的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展空間。國(guó)內(nèi)企業(yè)可以積極尋求與高等院校的技術(shù)合作，依托后者的研發(fā)實(shí)力加速技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。

圖15　全球重點(diǎn)企業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)器人種類布局

4.2　國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人排名

如圖16所示：在所有715件中國(guó)專利中，中國(guó)申請(qǐng)人申請(qǐng)的專利是656件，占比91.7%，國(guó)外申請(qǐng)人申請(qǐng)的專利是59件，占比8.3%。在中國(guó)專利申請(qǐng)排名前20位的申請(qǐng)人中，國(guó)外申請(qǐng)人有瑞典胡斯華納公司(第10位)、德國(guó)博世公司(第12位)和美國(guó)迪爾公司(第20位)，說(shuō)明這3家公司更為重視中國(guó)的市場(chǎng)，需要在中國(guó)生產(chǎn)或銷售相關(guān)產(chǎn)品時(shí)對(duì)相關(guān)技術(shù)予以保護(hù)。除這3家公司外，其余17家均為國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人。在這17家國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人中，企業(yè)只有重慶友武科技有限公司，該公司申請(qǐng)的專利主題有采摘機(jī)械臂、采摘夾持器、采摘機(jī)器人底盤(pán)和采摘機(jī)器人視覺(jué)處理系統(tǒng)等，可以看出研發(fā)重點(diǎn)為收獲機(jī)器人中的采摘機(jī)器人，其余16家均為高校院所。

對(duì)TOP5的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人進(jìn)行技術(shù)布局分析，如圖17所示。由此可以發(fā)現(xiàn)：江南大學(xué)在末端執(zhí)行器技術(shù)領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢(shì)，主要研發(fā)分級(jí)分選機(jī)器人的末端執(zhí)行器；中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)和西北農(nóng)林科技大學(xué)則是在目標(biāo)探測(cè)與定位和自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢(shì)。

圖16　中國(guó)專利主要申請(qǐng)人排名

圖17　中國(guó)專利主要申請(qǐng)人關(guān)鍵技術(shù)布局

從圖18可以看出：江蘇大學(xué)在收獲機(jī)器人的研發(fā)上具有一定優(yōu)勢(shì)；浙江理工大學(xué)則是在田間作業(yè)機(jī)器人的研發(fā)上具有一定優(yōu)勢(shì)；中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)在植保機(jī)器人的研發(fā)上具有一定優(yōu)勢(shì)；江南大學(xué)在分級(jí)分選機(jī)器人的研發(fā)上具有優(yōu)勢(shì)。

4.3　機(jī)構(gòu)活躍度

在機(jī)構(gòu)活躍度分析中，將擁有專利族量20項(xiàng)以上的機(jī)構(gòu)定義為大型機(jī)構(gòu)，將擁有專利族量6~20項(xiàng)的機(jī)構(gòu)定義為中型機(jī)構(gòu)，將擁有專利族量為1~5項(xiàng)的企業(yè)定義為小型機(jī)構(gòu)。

在圖19中，每塊扇形用不同顏色加以區(qū)分，代表每一類機(jī)構(gòu)申請(qǐng)專利族數(shù)量之和。由圖19中可以看出：在國(guó)內(nèi)外，大型機(jī)構(gòu)專利族總和占到農(nóng)業(yè)機(jī)器人專利族總量的19%；中型機(jī)構(gòu)專利族總和占到專利族總量的11%；而小型機(jī)構(gòu)專利族總量占70%。這表明，該領(lǐng)域的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，仍處于發(fā)展期，沒(méi)有出現(xiàn)技術(shù)壟斷的巨頭公司。

圖18　中國(guó)專利主要申請(qǐng)人農(nóng)業(yè)機(jī)器人種類布局

圖19　基于機(jī)構(gòu)活躍度的專利族數(shù)量分布圖

5技術(shù)引證

通過(guò)技術(shù)引證分析，可以發(fā)現(xiàn)專利被其他申請(qǐng)人的引用情況，也可以從中尋求許可機(jī)會(huì)，追蹤技術(shù)發(fā)展及識(shí)別專利權(quán)人的專利保護(hù)策略。

從表5可以看出：絕大多數(shù)高引專利還是來(lái)自美國(guó)企業(yè)，如美國(guó)凱斯紐荷蘭、天寶導(dǎo)航、迪爾和Vision Robotics等，日本則有本田公司，說(shuō)明這些公司的專利有著很強(qiáng)的基礎(chǔ)性，專利受到關(guān)注更多，研究能力很高。

表5　農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域高引專利列表

6結(jié)論

從以上分析結(jié)果可以看出：農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)正處于發(fā)展期，目前國(guó)際上技術(shù)研發(fā)熱情很高，短期發(fā)展前景毋庸置疑。機(jī)械手的末端執(zhí)行器、自動(dòng)導(dǎo)航及目標(biāo)探測(cè)與定位是該領(lǐng)域的重點(diǎn)研發(fā)技術(shù)，而收獲機(jī)器人、田間作業(yè)機(jī)器人、植保機(jī)器人是該領(lǐng)域的重點(diǎn)研發(fā)種類。該領(lǐng)域絕大多數(shù)高引專利來(lái)自美國(guó)企業(yè)，如美國(guó)凱斯紐荷蘭、天寶導(dǎo)航、迪爾和Vision Robotics等，日本則有本田公司，說(shuō)明這些公司的專利有著很強(qiáng)的基礎(chǔ)性，專利受到關(guān)注更多，研究能力很高。

我國(guó)雖起步較晚，但近年來(lái)在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量出現(xiàn)高速增長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出同時(shí)期其他國(guó)家關(guān)于農(nóng)業(yè)機(jī)器人的專利申請(qǐng)。這說(shuō)明我國(guó)近年來(lái)對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)熱情高漲，正在積極進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和儲(chǔ)備，為產(chǎn)業(yè)化作準(zhǔn)備。

但是，也應(yīng)該看到，中國(guó)雖然該領(lǐng)域優(yōu)先權(quán)專利數(shù)量遠(yuǎn)多于日本和美國(guó)，但無(wú)論是總被引次數(shù)、平均被引次數(shù)、專利被引率還是PCT專利數(shù)量及美國(guó)專利數(shù)量等，都遠(yuǎn)低于美國(guó)，說(shuō)明我國(guó)雖然相關(guān)專利數(shù)量多，但是專利質(zhì)量較低，研發(fā)水平還有待進(jìn)一步提高。

我國(guó)要想進(jìn)一步發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)，需要從以下3個(gè)層次進(jìn)行推進(jìn)：

1)政府。大力實(shí)施知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略，提高知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)造、運(yùn)用、管理和保護(hù)能力，嚴(yán)厲打擊侵權(quán)行為，在社會(huì)層面上為農(nóng)業(yè)機(jī)器人專利的創(chuàng)造和運(yùn)用提供有力的環(huán)境和制度保證；完善產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制，有效整合企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)的力量，以市場(chǎng)化和實(shí)際運(yùn)用為導(dǎo)向；引導(dǎo)共性科研平臺(tái)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的投入，設(shè)立平臺(tái)專項(xiàng)運(yùn)行經(jīng)費(fèi)，重點(diǎn)加強(qiáng)的末端執(zhí)行器、自動(dòng)導(dǎo)航及目標(biāo)探測(cè)與定位等技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)；可在江蘇、浙江、山東等相關(guān)專利較多的省份，利用當(dāng)?shù)氐目蒲谐晒麅?yōu)勢(shì)，構(gòu)建農(nóng)業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，實(shí)現(xiàn)資源集約利用，提高整體效益。

2)企業(yè)。對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，重點(diǎn)研發(fā)目標(biāo)探測(cè)與定位技術(shù)、末端執(zhí)行器和自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)，突破路徑規(guī)劃、枝葉遮擋/果實(shí)重疊/逆光/擾動(dòng)等條件下的視覺(jué)檢測(cè)、夜間圖像降噪、末端執(zhí)行器的通用型等技術(shù)難點(diǎn)；重點(diǎn)關(guān)注日本井關(guān)農(nóng)機(jī)、久保田、洋馬、三菱、美國(guó)迪爾、凱斯紐荷蘭、瑞典胡斯華納、德國(guó)博世、以色列F ROBOTICS等機(jī)構(gòu)的相關(guān)專利申請(qǐng)；加強(qiáng)與江蘇大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、江南大學(xué)、浙江理工大學(xué)等高校的產(chǎn)學(xué)研合作；在下一步的產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的過(guò)程中，可以在國(guó)外企業(yè)的重要專利(如表6所列出的高引專利)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)。

3)產(chǎn)業(yè)園區(qū)。著重引進(jìn)旨在研發(fā)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的企業(yè)，并給予傾斜性稅率補(bǔ)償；著重引進(jìn)生產(chǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)器人配套零部件的企業(yè)；引導(dǎo)企業(yè)在產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)建立農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)研發(fā)中心。

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Abstract ID:1003-188X(2016)09-0001-EA

Studies on the Development Status of Agricultural Robot Related Technologies Based on Patent Map

Shen Kai, Lin Zhijian, Ying Xiangwei, Qiu Qiufei, Wu Qiaoling, Zhao Yunfei, Wu Yeqing

(Institute of Scientific and Technical Information of Zhejiang Province, Hangzhou 310006, China)

Abstract：Agricultural robot is an important potential development direction for agricultural machinery industry, which can improve the core competitiveness of relevant companies, drive technological innovations and promote the increase of agricultural production efficiency. In this article, based on the patent map of agricultural robot related technologies, the development status is investigated from five aspects, including development trend, key technology fields, regional distribution, rival agencies and highly cited patents, to provide intelligence support for further development of agricultural robot industry and technologies by related government, companies, universities and research institutes. Research results indicate that agricultural robot related technologies began a rapid development around 1995 and up to now. End effector of manipulator, automatic guidance and target detection & location are key technologies of R&D. Harvesting robot, field operation robot and crop protection robot are key species of R&D. China has great R&D enthusiasm towards agricultural robot related technologies in recent years, and has applied a large number of patents. However, compared to USA and Japan, the patent quality of China is a bit lower and China lacks core patents. Thus, the technological level of China in agricultural robot field needs further improvement.Moreover, countermeasures and suggestions are presented for the development of agricultural robot in China from three levels, including government, companies and industrial parks.

Key words：agricultural robot; patent map; competitive intelligence

中圖分類號(hào)：S24

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-188X(2016)09-0001-09

作者簡(jiǎn)介：諶凱(1984-)，男，武漢人，助理研究員，博士，(E-mail)shenkai@zjinfo.gov.cn。通訊作者：應(yīng)向偉(1961-)，男，浙江永康人，高級(jí)記者，(E-mail)yxw@zjinfo.gov.cn。

基金項(xiàng)目：浙江省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)與人才培養(yǎng)項(xiàng)目(2013F20009)

收稿日期：2015-08-26