四足机器人技术的创新应用展望.pdf

356 集成电路应用 第 40 卷 第 6 期（总第 357 期）2023 年 6 月Applications创新应用机器人正处于技术创新活跃期和产业发展爆发期，并且已经步入商业化应用阶段，我们开展全球四足机器人技术创新态势研究，从创新趋势、竞争格局、技术方向分布等角度考察全球发展情况，并对四足机器人的未来趋势给出判断。为我国四足机器人技术的发展提供参考，同时也为我国机器人产业在新的竞争方向上取得先发优势提供支撑。2 数据来源及分析方法本文以Innography专利数据库为数据来源，采用主题词检索的方法，地域范围包括全球34个国家、地区和世界知识产权组织。为了检索的准确性和全面性，主题词确定为four feet robot、quadruped robot、quadrupedal robot、Quadrupedal Robotic、four-footed robot、four-leg robot、four-legged robot、four-foot robot，并扩展至machine dog、Robot dog、legged robot。检索时间范围为2022年12月31日前，共检索到9 868件专利。随后对所下载的专利数据进行了清洗和去噪，并从创新趋势、竞争格局、技术方向分布等角度进行了分析。3 结果与讨论 3.1 创新趋势四足机器人近20年的专利申请呈现逐年上升的态势，并在2020年左右达到高峰（图1）。麻省理工学院、意大利理工学院、苏黎世联邦理工学院、韩国科学技术院、我国的山东大学、哈尔滨工业大0 引言四足机器人是仿生机器人的典型代表，具有高动态性、高适应性、高稳定性、高负载能力等优势，可被广泛应用于救援、侦查、安保、陪伴、医疗康复、农业制造等领域1。1 研究背景从技术创新来看，四足机器人集合了机器人领域在硬件机械和软件系统两方面的前沿研究2-4。硬件方面，四足机器人与工业机器人类似也是由机器人主体、驱动系统、控制系统构成，其创新重点为关节驱动器、高灵敏传感器、高性能大扭矩电机等；软件系统方面，四足机器人要实现其在救援、侦查、安保、陪伴等领域的应用，需融合人工智能的各项技术，如感知交互、模型学习、自主导航、群体智能等。从产业发展来看，当前四足机器人市场已进入爆发期，近年来多款四足机器人产品相继发布，2020年8月华为中央研究院公布了一款华为和宇树科技合作的AI机器狗，10月美国创新型机器人公司KODA（歌达）公司发布了他们的首款机器狗KODA（歌达），11月腾讯Robotics X实验室公布了机器狗Jamoca，2023年5月，杭州云深处科技在2023年机器人与自动化国际会议（IEEE ICRA 2023）上发布了最新一代灵巧型四足机器人绝影Lite3，此外2020年 2 月，波士顿动力公布了其最新款的四足机器人Spot已经被美国海军列入编制，四足机器人的商业化应用之路已经开启。鉴于四足作者简介：梁琴琴，中国科学技术信息研究所，副研究员，博士；研究方向：先进制造领域前沿技术监测与分析。收稿日期：2023-04-15；修回日期：2023-05-22。摘要：阐述全球四足机器人技术的创新状况，基于Innography专利数据库中的专利数据，从创新趋势、国家竞争格局、机构竞争格局、技术方向分布考察全球四足机器人技术的创新发展。关键词：控制技术，四足机器人，技术方向。中图分类号：TP242 文章编号：1674-2583(2023)06-0356-02 DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2023.06.158文献引用格式：梁琴琴.四足机器人技术的创新应用展望J.集成电路应用,2023,40(06):356-357.四足机器人技术的创新应用展望梁琴琴（中国科学技术信息研究所，北京 100038）Abstract This paper describes the innovation status of global quadruped robot technology.Based on the patent data in the Innography patent database,this paper examines the innovation and development of global quadruped robot technology from the perspective of innovation trend,national competition pattern,institutional competition pattern,and technology direction distribution.Index Terms control technology,quadruped robot,technical direction.Prospect of Innovative Application of Quadruped Robot TechnologyLIANG Qinqin(China Institute of Science and Technology Information,Beijing 100038,China.)Applications 创新应用集成电路应用 第 40 卷 第 6 期（总第 357 期）2023 年 6 月 357学、浙江大学等科研机构，以及美国波士顿动力公司、瑞士ANYbotics公司、我国腾讯、宇树科技、优必选科技、德鲁动力、小米等创新企业均在四足机器人领域有一定数量的专利布局1。3.2 竞争格局（1）国家竞争格局。全球四足机器人专利数量位于前五位的国家依次为中国、日本、美国、韩国、法国（图2）。从专利申请趋势来看，以2012年为时间节点，2001-2012年期间，四足机器人的专利申请主要来自日本，2012年后，中国机构在该领域的专利布局数量快速增加，目前已遥遥领先于其他国家。（2）机构竞争格局。全球机构分布来看，专利申请数量前20位申请人中，有12家科研院所，8家企业（图3）。其中，排在前五位的全部为企业，分别为日本的本田、软银、索尼、丰田，以及韩国的三星。第六到第十位的机构来自韩国、美国和中国，分别为来自韩国的韩国工业技术研究院和来自美国的麻省理工学院，其余三家机构来自中国，分别为山东大学、优必选科技和浙江大学2。在中国机构分布中，大学是专利申请的主要来源（图4），山东大学、浙江大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学等高校专利较多3。前20位机构中还有两家企业，分别为优必选科技和腾讯公司。3.3 技术方向分布专利视角的技术分布从CPC维度进行分析（图5）。可以看出，涉及B62 D57/00这一CPC大组的专利最多，具体来看，主要涉及的是其中的一个小组B62D57/032（带交替升起或顺序升起的支承座或支腿；带交替或顺序升起的支腿或滑道）；排在第二的CPC大组为B25 J9/00（程序控制机械手）4。4 结语四足机器人发展速度迅猛、应用范围广泛，具有非常广阔的发展前景。随着越来越多的科研团队加入对四足机器人的研究，四足机器人领域的发展日新月异。本研究分别从创新趋势、国家竞争格局、机构竞争格局、技术方向分布等角度展开深入分析，发现全球围绕四足机器人的技术创新热情逐年高涨，创新成果不断涌现。我国当前已经成为四足机器人专利申请最多的国家，专利数量远超日本、美国和欧洲地区。另外值得注意的是，四足机器人的产业化进程在不断加快，体现为企业逐渐成为技术创新的主要来源，日本的本田和丰田公司、美国波士顿动力公司、瑞士ANYbotics公司、我国的腾讯、宇树科技、优必选科技、德鲁动力、小米等都是在四足机器人领域技术创新极为活跃的企业。四足机器人要实现大规模普及和应用仍有较长的一段路程，同时也需要克服一些瓶颈和问题，未来的发展方向将围绕负重能力更强、移动速度更快、环境适应能力更强、续航时间更长等方面来展开。我国在四足机器人领域的创新步伐已然处于并跑阶段，未来同步加强该领域的基础研究和应用研究，促进科研院所和企业的深度合作，从而支撑我国在全球四足机器人技术创新竞争中抢占先发优势。参考文献1 孟健,刘进长,荣学文,李贻斌.四足机器人发展现状与展望J.科技导报,2015,33(21):59-63.2 杨钧杰,孙浩,王常虹,陈晓东.四足机器人研究综述J.导航定位与授时,2019,6(05):61-73.3 陈久朋.四足机器人步态及运动控制研究D.云南：昆明理工大学,2021.4 熊泉.小型四足仿生机器人研制及控制策略研究D.黑龙江：哈尔滨工业大学,2020.图1 四足机器人专利申请趋势图2 四足机器人全球前十位专利申请国家图3 四足机器人全球主要专利申请机构（前20）图5 四足机器人专利申请CPC分布情况图4 四足机器人中国主要专利申请机构（前20）