摘?要：文章從機(jī)器人仿人靈巧手領(lǐng)域的全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)、申請(qǐng)地域、申請(qǐng)人、主要技術(shù)構(gòu)成等角度，對(duì)相關(guān)專利申請(qǐng)進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，仿人靈巧手技術(shù)已逐漸成為機(jī)器人領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，近五年專利申請(qǐng)主要集中在國(guó)內(nèi)大專院校，未來(lái)應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：靈巧手;仿人;專利分析

目前，機(jī)器人應(yīng)用、研究、開(kāi)發(fā)主要包括仿生、靈活操作、觸覺(jué)感知、模塊化、智能化、人機(jī)協(xié)作、多機(jī)協(xié)同、機(jī)器增強(qiáng)等方向。靈巧手[1]作為仿生學(xué)與機(jī)器人學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，其通過(guò)模擬人類手部運(yùn)動(dòng)、感知、控制、能量、材料等方面，具有人手的外形特征和功能。靈巧手是一個(gè)高度集成化、智能化的機(jī)電一體化系統(tǒng)，涉及機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、控制等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，其關(guān)鍵技術(shù)[24]主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器等。

1 全球申請(qǐng)趨勢(shì)

靈巧手的研究是從假肢開(kāi)始的，相關(guān)專利申請(qǐng)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代中期，至2002年以前年申請(qǐng)量均在10件以下。自2003年開(kāi)始出現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)，2008年申請(qǐng)量突破20件，仿人靈巧手技術(shù)發(fā)展進(jìn)入萌芽期。2015年起，年申請(qǐng)量突破50件，進(jìn)入快速增長(zhǎng)期。2017年申請(qǐng)量首次超過(guò)80件，成為機(jī)器人領(lǐng)域研究的新興熱點(diǎn)。通過(guò)對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，仿人靈巧手領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的分類號(hào)主要集中在B25J（占比75%），其次為A61F（16%）。

2 申請(qǐng)地域分布

仿人靈巧手專利申請(qǐng)最早出現(xiàn)在英國(guó);上世紀(jì)80年末，申請(qǐng)地域逐漸轉(zhuǎn)向美國(guó)和日本;1993年日本成為最主要的申請(qǐng)地域;2005年后，申請(qǐng)量最多的地域?yàn)橹袊?guó)，2015年在中國(guó)的申請(qǐng)量首次超過(guò)35件，成為仿人靈巧手專利申請(qǐng)的最大來(lái)源國(guó)，之后每年申請(qǐng)量均為最多。按全球地域申請(qǐng)量總量排名第一位的是中國(guó)，占申請(qǐng)總量的68%;其次為美國(guó)。在中國(guó)的專利申請(qǐng)人國(guó)別排名為中國(guó)、美國(guó)、日本、德國(guó)等。由此可見(jiàn)，我國(guó)在近5年為仿人靈巧手技術(shù)密集地域，研究活動(dòng)最為活躍。按申請(qǐng)?jiān)谖覈?guó)各省市分布，主要集中在北京、浙江、黑龍江等地區(qū);其中，最早的申請(qǐng)出現(xiàn)在北京，近5年申請(qǐng)量最多為北京，其次為廣東，浙江、江蘇、上海、遼寧均超過(guò)20件。

3 申請(qǐng)人分析

在申請(qǐng)量排名前20名的申請(qǐng)人中，中國(guó)申請(qǐng)人數(shù)量占比80%，申請(qǐng)人類型大部分為大專院校;國(guó)外申請(qǐng)人均為企業(yè)。其中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)是在總申請(qǐng)量上排名第一，清華大學(xué)、HY5PRO AS公司分列二、三名。哈爾濱工業(yè)大學(xué)仿人靈巧手專利申請(qǐng)開(kāi)始于2004年，2006—2009年申請(qǐng)量進(jìn)一步增加，2015—2019年在本領(lǐng)域申請(qǐng)量位居首位。清華大學(xué)申請(qǐng)開(kāi)始于2002年，2007—2009年申請(qǐng)量進(jìn)一步增加，2016—2019年每年均有申請(qǐng)。HY5PRO AS公司涉足仿人靈巧手領(lǐng)域較晚，申請(qǐng)集中在2015—2016年。BARRETT公司的專利申請(qǐng)主要集中在2003年。浙江工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、天津大學(xué)、北京理工大學(xué)等在近五年申請(qǐng)較為活躍。山東科技大學(xué)在2015年開(kāi)始在該領(lǐng)域提交專利申請(qǐng)。通過(guò)以上申請(qǐng)人分析可知，仿人靈巧手技術(shù)在近五年是國(guó)內(nèi)高校的研究熱點(diǎn)。

4 主要技術(shù)構(gòu)成及相關(guān)專利

通過(guò)對(duì)仿人靈巧手領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的統(tǒng)計(jì)分析可知，其技術(shù)構(gòu)成主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器等方面。按申請(qǐng)時(shí)間分析，仿人靈巧手申請(qǐng)技術(shù)構(gòu)成由最初的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、手指構(gòu)形，向傳感器、制動(dòng)器、控制系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移。哈爾濱工業(yè)大學(xué)主要涉及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、手指構(gòu)形、制動(dòng)器等方向。清華大學(xué)申請(qǐng)布局主要集中在手指構(gòu)形、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。HY5PRO AS公司、BARRETT公司的申請(qǐng)主要集中在控制系統(tǒng)、液壓制動(dòng)器等。

以下對(duì)早期仿人靈巧手領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)進(jìn)行梳理。MONESTIER JACQUES（法國(guó)）于1983年提交申請(qǐng)F(tuán)R8400212，其公開(kāi)了一種具有由柔性材料制成的手掌部分和由剛性材料制成的附加背側(cè)部分的手部假體或具有軟握力的人工手，該申請(qǐng)?jiān)谌虮灰?1次，在8個(gè)國(guó)家申請(qǐng)專利布局。RUTGERS大學(xué)（美國(guó)）于1983年提交申請(qǐng)US07396476，其公開(kāi)了一個(gè)電子位置傳感器和一個(gè)氣動(dòng)微執(zhí)行器組成了一個(gè)便攜式機(jī)器人主控器，它可以由用戶的手的手指以與用戶通常抓取被手指操作的物體相同的自然方式操作，其在全球被引用194次。原田電子（日本）于1999年提交申請(qǐng)JP11139150，其公開(kāi)了一種用于假肢的活動(dòng)手指，假體還包括第一中間部分彎曲機(jī)構(gòu)，其用于驅(qū)動(dòng)設(shè)置在所述基座中的制動(dòng)器以拉動(dòng)第一金屬絲以轉(zhuǎn)動(dòng)偏心構(gòu)件，其在全球被引用161次，在8個(gè)國(guó)家申請(qǐng)專利布局。BARRETT公司（美國(guó)）于2003年提交申請(qǐng)US10672888，其公開(kāi)了一種機(jī)器人裝置，具有基座和至少一個(gè)具有至少兩個(gè)連桿的手指，無(wú)刷馬達(dá)和相關(guān)聯(lián)的控制器位于每個(gè)接頭處以產(chǎn)生連桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其在全球被引用227次，在6個(gè)國(guó)家申請(qǐng)專利布局，目前還在有效期內(nèi)，專利價(jià)值度較高。

下面對(duì)本領(lǐng)域申請(qǐng)量前三位申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)進(jìn)行分析。哈爾濱工業(yè)大學(xué)于2004年首次申請(qǐng)?jiān)擃I(lǐng)域的案件;2004—2007年申請(qǐng)多件欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)靈巧手，其中CN1557268A涉及靈巧手整體結(jié)構(gòu)，該專利在全球被引用44次;CN1803413A涉及拇指結(jié)構(gòu)，CN1807031A涉及靈巧手聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，CN101190528A耦合傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。2007—2008年，在多指靈巧手的基關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)CN101088721A、可重構(gòu)手掌CN101100062A、模塊化手指CN101104267A、鋼絲耦合傳動(dòng)CN101100064A等多個(gè)方向著手研究。2009年開(kāi)始涉足具有力矩和位置感知的仿人假手拇指機(jī)構(gòu)CN101524846A。2015—2016年，在原來(lái)研究方向基礎(chǔ)上，對(duì)手指構(gòu)型和拇指轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究，如CN105345836A、CN105364935A、CN105415391A、CN105397823A等。2018年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)轉(zhuǎn)向柔性輕巧手的研究，如CN108189059A、CN110540676A、CN110696025A。

清華大學(xué)最早申請(qǐng)是2002年申請(qǐng)的CN103213137A，該申請(qǐng)涉及一種機(jī)器人擬人多指手裝置，該裝置的所有驅(qū)動(dòng)器全部藏入手掌、手指指節(jié)的內(nèi)部，能夠?qū)崿F(xiàn)招手、握拳、穩(wěn)定抓取不同尺寸的物體的功能，適合安裝在擬人機(jī)器人上使用。2007—2016年，持續(xù)對(duì)欠驅(qū)動(dòng)靈巧手的指形結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等方向進(jìn)行研究，如CN101049695A、CN101214660A、CN105666508A等。近年來(lái)，清華大學(xué)也開(kāi)始對(duì)柔性靈巧手CN105835076A、多感知靈巧手CN107471243A、雙模態(tài)靈巧手CN109202943A進(jìn)行研究。CN102357884A是清華大學(xué)所申請(qǐng)的專利中被引用次數(shù)最多的，其公開(kāi)了快速抓取欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手裝置，具有腱繩扭簧式多關(guān)節(jié)手指，能夠?qū)崿F(xiàn)快速抓取。

HY5PRO AS公司于2015年開(kāi)始在仿人靈巧手領(lǐng)域進(jìn)行申請(qǐng)，EP16719421涉及用于假手液壓泵組件，

一直專注于仿人靈巧手在醫(yī)療器械領(lǐng)域中的應(yīng)用。2019年開(kāi)始，該申請(qǐng)人開(kāi)始對(duì)靈巧手控制方法GB1909202、靈巧手傳感器GB1909204等進(jìn)行研究。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述分析可以得出，仿人靈巧手領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量在近五年呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。中國(guó)申請(qǐng)量處于領(lǐng)先地位，研究方向涉及多個(gè)技術(shù)分支，申請(qǐng)人主要為大專院校，國(guó)外布局較少。國(guó)外申請(qǐng)偏向技術(shù)應(yīng)用，主要研究集中控制系統(tǒng)、液壓制動(dòng)器方向，應(yīng)用領(lǐng)域主要為工業(yè)制造、醫(yī)療器械領(lǐng)域，全球被引用次數(shù)高，在多個(gè)國(guó)家均有專利布局，申請(qǐng)價(jià)值度較高。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅建國(guó)，何茂艷，薛鐘霄，等.靈巧手研究現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2009（10）：812+26.

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作者簡(jiǎn)介：范建會(huì)（1982—），男，碩士，助理研究員，研究方向：機(jī)器人學(xué)。