戴順孝

上海電氣集團股份有限公司 中央研究院 上海 200070

1 下肢康復(fù)機器人定義

康復(fù)機器人作為一種新型機器人,涉及康復(fù)醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、機械學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)、計算機科學(xué)及機器人等眾多領(lǐng)域,是一種自動化程度高且有效的康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備?？祻?fù)治療過程中,康復(fù)機器人能改善患者的行走能力,提高患者的生活自理能力,使患者重新回歸社會。

下肢康復(fù)機器人是康復(fù)機器人中十分重要的一類。當(dāng)前,學(xué)術(shù)界針對下肢康復(fù)機器人缺乏明確的定義。綜合實踐應(yīng)用,普遍認(rèn)為下肢康復(fù)機器人指可以輔助下肢受到一定損傷、無法正常運動或運動功能暫時受限的患者開展系列康復(fù)治療的醫(yī)療設(shè)備。應(yīng)用下肢康復(fù)機器人,通?？梢赃M行半自動化或自動化機電一體康復(fù)治療。

2 主要技術(shù)路線

根據(jù)患者在康復(fù)訓(xùn)練中的身體姿態(tài),下肢康復(fù)機器人大致分為四大技術(shù)路線:坐臥式機器人、直立式機器人、輔助起立式機器人和多體位式機器人。不同技術(shù)路線下肢康復(fù)機器人的主要技術(shù)特征及代表性產(chǎn)品見表1。

3 關(guān)鍵技術(shù)分類

針對下肢康復(fù)機器人的技術(shù)特點,對其關(guān)鍵技術(shù)進行拆分,形成下肢康復(fù)機器人專利技術(shù)分解表,見表2。

4 國外知識產(chǎn)權(quán)布局現(xiàn)狀

以下肢康復(fù)機器人專利技術(shù)分解表為基礎(chǔ),構(gòu)建專利檢索策略?？紤]到專利申請公開的滯后性,為保證專利檢索結(jié)果可靠,檢索時間選取截止至2018年2月,共檢索到國外2 991個專利族、國內(nèi)2 527件專利。筆者對上述專利檢索結(jié)果進行定量與定性分析。

4.1 專利整體布局

下肢康復(fù)機器人關(guān)鍵技術(shù)國外專利整體布局如圖1所示。從圖1中可以看出,該領(lǐng)域的熱點技術(shù)為減重方法和操作系統(tǒng)。這兩個技術(shù)點相關(guān)的專利總量占專利申請總量的80%以上,可見這兩個技術(shù)是下肢康復(fù)機器人設(shè)計的關(guān)鍵。

表1 下肢康復(fù)機器人主要技術(shù)路線

具體分析,從減重方法相關(guān)專利布局情況看,懸吊減重方法是主流技術(shù),達到353個專利族。懸吊減重一般通過將穿戴于患者軀干處的安全帶豎直吊起,以達到減重和保護患者的目的。這種方式會使患者在訓(xùn)練過程中受到很大束縛,不能自主地活動身體。與這一技術(shù)相對的是非懸吊減重方法,這種方法中的主流技術(shù)是采用骨盆機構(gòu)支撐減重。從專利上來看,這種專利技術(shù)非常少,國外僅16個專利族,以采用三自由度技術(shù)為主。

4.2 專利年度趨勢分析

下肢康復(fù)機器人國外專利年度趨勢如圖2所示?？傮w而言,下肢康復(fù)機器人國外專利技術(shù)在20世紀(jì)70年代中期開始出現(xiàn),以懸吊減重為主。1996年后,下肢康復(fù)機器人的其它各技術(shù)點開始涌現(xiàn)較多的研究成果,專利申請量開始持續(xù)增長。2013～2015年是下肢康復(fù)機器人國外專利申請的高峰時期,但是熱點技術(shù)仍然以懸吊減重和操作系統(tǒng)這兩個技術(shù)點為主。

表2 下肢康復(fù)機器人專利技術(shù)分解表

從一級技術(shù)分類相關(guān)專利起步時間看,減重模塊、移動模塊相關(guān)專利起步較早,從20世紀(jì)70年代開始陸續(xù)有專利產(chǎn)生,但年申請量較少,低于5件。直到20世紀(jì)90年代中期后,專利產(chǎn)生速度加快,其中尤以懸吊減重相關(guān)技術(shù)研發(fā)受關(guān)注度最高。人機控制系統(tǒng)、安全防護相關(guān)專利起步相對較晚,專利積累起步于20世紀(jì)90年代中后期。值得注意的是,操作系統(tǒng)相關(guān)專利在2000年后增速快于其它技術(shù)點。

4.3 申請人與專利權(quán)人實力分析

下肢康復(fù)機器人國外專利申請人與專利權(quán)人實力分析如圖3所示。從圖3中可以看出,下肢康復(fù)機器人國外專利較集中的申請人與專利權(quán)人以日韓為主。安川電機是日本一家運營伺服電機、控制器、機器人及各類系統(tǒng)工程設(shè)備的綜合性公司,十多年來,安川電機一直在研發(fā)和推廣康復(fù)及醫(yī)療機器人產(chǎn)品,在外骨骼機器人領(lǐng)域已經(jīng)推出名為ReWalk的步行輔助裝置。安川電機在懸吊減重方面擁有較多專利,數(shù)量是另外幾家公司的幾倍,說明該技術(shù)是安川電機的布局重點?，F(xiàn)代重工是韓國一家產(chǎn)品較為綜合性的公司,機器人產(chǎn)業(yè)是該公司的一個重要部分。該公司在主動控制系統(tǒng)和安全防護方面也有專利布局。

與安川電機的專利側(cè)重懸吊減重不同,專利申請量排名較靠前的其它申請人與專利權(quán)人,其技術(shù)側(cè)重主動控制系統(tǒng)和安全防護。

4.4 技術(shù)來源國分析

下肢康復(fù)人國外專利技術(shù)來源國分析如圖4所示,可見主要來源國為韓國、美國和日本。這幾個國家的專利布局都側(cè)重于操作系統(tǒng)和懸吊減重技術(shù)點。具體而言,各國家的技術(shù)側(cè)重有所不同。韓國在操作系統(tǒng)和懸吊減重技術(shù)點均布局較多專利,操作系統(tǒng)技術(shù)點達到86個專利族,懸吊減重技術(shù)點達到62個專利族。美國專利主要集中在懸吊減重技術(shù)點,在操作系統(tǒng)技術(shù)點的專利數(shù)量則非常少,僅11個專利族。日本和美國的布局較為相似,以懸吊減重技術(shù)點為主,操作系統(tǒng)技術(shù)點較少。

圖1 下肢康復(fù)機器人關(guān)鍵技術(shù)國外專利整體布局

圖2 下肢康復(fù)機器人國外專利年度趨勢

圖3 下肢康復(fù)機器人國外專利申請人與專利權(quán)人實力分析

5 我國知識產(chǎn)權(quán)布局現(xiàn)狀

5.1 專利整體布局

我國下肢康復(fù)機器人專利整體布局如圖5所示。與下肢康復(fù)機器人國外專利布局較為相似,我國也主要集中布局在懸吊減重和操作系統(tǒng)兩個技術(shù)點,分別達到300件和202件專利。我國申請人在人機交互系統(tǒng)、安全防護和移動模塊技術(shù)點也有一定的專利布局,而非懸吊減重技術(shù)點專利數(shù)量則較少,僅有12件專利。

圖4 下肢康復(fù)機器人國外專利技術(shù)來源國分析

圖5 我國下肢康復(fù)機器人專利整體布局

5.2 專利年度趨勢分析

我國下肢康復(fù)機器人專利年度趨勢如圖6所示。從圖6中可以看出,我國下肢康復(fù)機器人專利年度趨勢與國外專利年度趨勢具有一定的相似性。我國下肢康復(fù)機器人專利技術(shù)起步稍晚,最早出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代末,這與我國專利保護時間具有一定的一致性。我國下肢康復(fù)機器人專利最早開始出現(xiàn)在懸吊減重技術(shù)點,其次是操作系統(tǒng)技術(shù)點。

2015～2016年是我國下肢康復(fù)機器人專利申請的高峰期,從增長速度看,我國在這兩年的增長率遠高于國外,可見,我國對這一領(lǐng)域越來越重視。這種情況也折射出下肢康復(fù)機器人未來具有較大的市場,競爭也會越來越激烈。

圖6 我國下肢康復(fù)機器人專利年度趨勢

5.3 申請人與專利權(quán)人實力分析

我國下肢康復(fù)機器人申請人與專利權(quán)人實力分析如圖7所示。從圖7中可以看出,我國專利以我國本土申請人為主,國外來華的申請人較少。申請人主要是高校,公司僅1家,說明現(xiàn)階段我國下肢康復(fù)機器人的主要技術(shù)掌握在科研機構(gòu)手中。我國排名前五的申請人與專利權(quán)人中,唯一一家企業(yè)是上海璟和技創(chuàng)機器人公司。該公司主要從事多體位智能康復(fù)機器人和數(shù)字化康復(fù)解決方案系列產(chǎn)品的研發(fā)與銷售,其推出的Flexbot及OS多體位智能康復(fù)機器人可用于下肢運動功能障礙患者的康復(fù)。該公司在懸吊減重、軀干模塊、感知方法、操作系統(tǒng)、摔倒防護等多個技術(shù)點都申請了專利,是一家專利保護意識較強的公司。四家高校中,哈爾濱工程大學(xué)在操作系統(tǒng)技術(shù)點申請專利較多,合肥工業(yè)大學(xué)在懸吊減重技術(shù)點申請專利較多。

6 總結(jié)展望

通過一系列分析可以看出,下肢康復(fù)機器人是目前的熱門技術(shù)領(lǐng)域,專利布局在最近十年受到企業(yè)和科研院所的重點關(guān)注,專利申請量開始增多。不同技術(shù)路線上,下肢康復(fù)機器人專利分布分散,尚未出現(xiàn)絕對的專利壟斷性企業(yè),可見,專利布局空間較大。目前,專利布局熱點為懸吊減重和操作系統(tǒng),與這兩個技術(shù)點相關(guān)的專利量占專利申請總量的80%以上。各技術(shù)點中,用戶界面和感知技術(shù)起步較晚,相對其它技術(shù)點而言,技術(shù)較新,可能是未來的一個發(fā)展方向。下肢康復(fù)機器人國外專利的申請人與專利權(quán)人以日韓為主,我國下肢康復(fù)機器人相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)利用好專利,積極開展專利布局和挖掘,做好專利技術(shù)規(guī)避設(shè)計。這樣做,一方面可以做好產(chǎn)品的專利保護,另一方面可以規(guī)避未來的專利糾紛,最終提升產(chǎn)品的競爭力。

圖7 我國下肢康復(fù)機器人專利申請人與專利權(quán)人實力分析