基于專利分析的起重機(jī)智能避障技術(shù)相關(guān)態(tài)勢(shì)研究

張程

（法蘭泰克重工股份有限公司，江蘇 蘇州 215211）

起重機(jī)智能避障[1-3]，尤其是對(duì)起重機(jī)如何處理運(yùn)行中突然出現(xiàn)障礙物的相關(guān)安全模塊產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，是起重機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化、無(wú)人化運(yùn)行的核心。在實(shí)際使用過(guò)程中，首先針對(duì)出現(xiàn)的障礙物進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別，其次判斷障礙物的體積、運(yùn)行軌跡，向起重機(jī)控制系統(tǒng)下達(dá)指令，實(shí)現(xiàn)躲避障礙物，是起重機(jī)智能避障的基本邏輯。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

專利的檢索與分析主要使用Incopat專利數(shù)據(jù)庫(kù)。檢索目標(biāo)文獻(xiàn)的申請(qǐng)時(shí)間范圍是2000年1月至2021年4月，檢索截至?xí)r間是2021-04-11，目標(biāo)專利類型為發(fā)明和實(shí)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(guò)專利文獻(xiàn)上所固有的項(xiàng)目如申請(qǐng)日期、申請(qǐng)人、分類、申請(qǐng)國(guó)家等來(lái)識(shí)別有關(guān)文獻(xiàn)，然后將這些專利文獻(xiàn)按有關(guān)指標(biāo)如專利數(shù)量、同族專利數(shù)量、專利引文數(shù)量等來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度對(duì)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行解釋，以取得動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)方面的情報(bào)。定性分析是以專利說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求、圖紙等技術(shù)內(nèi)容并按技術(shù)特征來(lái)歸并有關(guān)專利并使其有序化的分析。

1.3 技術(shù)分解

起重機(jī)智能避障過(guò)程主要包括檢測(cè)起重機(jī)周圍是否有障礙物、判斷障礙物是否影響正常運(yùn)行，如果障礙物對(duì)起重機(jī)的安全運(yùn)行構(gòu)成了威脅，起重機(jī)將采取什么措施以保證安全運(yùn)行，據(jù)此分出前三個(gè)一級(jí)技術(shù)分支。另外基于專利文獻(xiàn)的特點(diǎn)，還有一部分專利的發(fā)明點(diǎn)聚焦在對(duì)起重機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，這部分文獻(xiàn)將歸于第四個(gè)一級(jí)技術(shù)分支系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。起重機(jī)安全技術(shù)分解表如表1所示。

表1 起重機(jī)安全技術(shù)分解表

2 專利宏觀態(tài)勢(shì)分析

2.1 專利申請(qǐng)趨勢(shì)分析

如圖1所示，從全球申請(qǐng)總量上來(lái)看，起重機(jī)智能避障技術(shù)的專利申請(qǐng)可分為技術(shù)積累期（2000—2008年）、發(fā)展期（2009—2016年）和快速發(fā)展期（2017年至今）。在技術(shù)積累期內(nèi)，專利年申請(qǐng)量維持在20項(xiàng)左右。自2009年開(kāi)始進(jìn)入發(fā)展期，2009—2014年有關(guān)起重機(jī)智能避障技術(shù)的專利申請(qǐng)持續(xù)增長(zhǎng)，發(fā)明和實(shí)用新型專利幾乎平分秋色。經(jīng)2015年小幅下降后2016年的申請(qǐng)繼續(xù)呈現(xiàn)出2009—2014年時(shí)的增長(zhǎng)趨勢(shì)。2016年，中國(guó)機(jī)器人及無(wú)人駕駛技術(shù)發(fā)展迅猛，帶動(dòng)了許多中國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)致力于向互聯(lián)網(wǎng)化智能制造升級(jí)。然而起重機(jī)智能避障處理中的障礙檢測(cè)技術(shù)、判斷障礙物情況和起重機(jī)自主路徑規(guī)劃等技術(shù)均能借鑒機(jī)器人及無(wú)人駕駛技術(shù)的相關(guān)技術(shù)構(gòu)思。

圖1 全球申請(qǐng)趨勢(shì)

2.2 專利布局區(qū)域分析

如圖2所示，在起重機(jī)智能避障技術(shù)專利主要原創(chuàng)地區(qū)分析中，中國(guó)占80%，剩余的20%主要分布在日本、韓國(guó)、美國(guó)和德國(guó)?？梢?jiàn)中國(guó)是全球最主要的技術(shù)來(lái)源國(guó)，在起重機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新能力較強(qiáng)。

圖2 全球技術(shù)專利主要原創(chuàng)地區(qū)占比

2.3 主要申請(qǐng)人分析

如圖3所示，全球起重機(jī)智能避障技術(shù)申請(qǐng)量排名前十名的申請(qǐng)人全部來(lái)自企業(yè)。其中有3位來(lái)自國(guó)外。排名第一的是來(lái)自日本的多田野。

圖3 全球主要申請(qǐng)人排名

3 專利技術(shù)分析

3.1 一級(jí)技術(shù)布局情況

起重機(jī)智能避障技術(shù)分解成障礙物檢測(cè)（檢測(cè)）、判斷障礙物是否影響正常運(yùn)行（判斷）、起重機(jī)采取措施（措施）和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4個(gè)一級(jí)分支。如圖4所示，全球范圍內(nèi)涉及結(jié)構(gòu)的申請(qǐng)數(shù)量最多，其次是涉及判斷出障礙物對(duì)起重機(jī)影響的技術(shù)、起重機(jī)所采取措施的技術(shù)，分別排名第二、第三，涉及檢測(cè)障礙物的技術(shù)排名第四。如圖5所示，在國(guó)內(nèi)排名第一的技術(shù)是結(jié)構(gòu)類，其次是措施、判斷和檢測(cè)，可見(jiàn)，在中國(guó)關(guān)于判斷技術(shù)的申請(qǐng)存在空白。

圖4 全球涉及起重機(jī)智能避障技術(shù)相關(guān)專利一級(jí)技術(shù)分支分布

圖5 中國(guó)涉及起重機(jī)智能避障技術(shù)相關(guān)專利一級(jí)技術(shù)分支分布

3.2 涉及判斷技術(shù)申請(qǐng)趨勢(shì)分析

如圖6所示，從全球判斷技術(shù)專利申請(qǐng)趨勢(shì)看，在2011年以前涉及判斷技術(shù)的專利申請(qǐng)較少，2012年至今涉及判斷技術(shù)的專利申請(qǐng)呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)。到2017年專利申請(qǐng)數(shù)量達(dá)57項(xiàng)，經(jīng)2018年小幅回落后2019年申請(qǐng)數(shù)量又回升到2017年的水平。盡管2019年后的專利申請(qǐng)尚未盡數(shù)公開(kāi)，但可以預(yù)計(jì)的是2019年后相關(guān)申請(qǐng)的數(shù)量將進(jìn)一步增長(zhǎng)。可以看出除了2015和2016年，其余年份中涉及判斷技術(shù)的專利類型均以發(fā)明為主。

圖6 判斷技術(shù)相關(guān)專利全球申請(qǐng)趨勢(shì)

如圖7所示，在國(guó)內(nèi)，涉及起重機(jī)措施相關(guān)技術(shù)的專利申請(qǐng)數(shù)量較多。2011年以前申請(qǐng)量較少，2011年的申請(qǐng)數(shù)量超過(guò)10項(xiàng)。2012—2017年期間波動(dòng)增長(zhǎng)，盡管2019年的專利申請(qǐng)未盡數(shù)公開(kāi)，可以預(yù)見(jiàn)2019至今，中國(guó)涉及判斷技術(shù)的專利申請(qǐng)仍在增長(zhǎng)。從專利類型的變化趨勢(shì)來(lái)看，涉及判斷技術(shù)發(fā)明占比和實(shí)用新型占比呈交替增長(zhǎng)的趨勢(shì)，近些年的專利申請(qǐng)以發(fā)明為主。

圖7 判斷技術(shù)相關(guān)專利中國(guó)申請(qǐng)趨勢(shì)

3.3 涉及判斷的二級(jí)技術(shù)占比趨勢(shì)分析

涉及判斷的二級(jí)技術(shù)專利占比變化趨勢(shì)能夠反映出其各二級(jí)技術(shù)分支動(dòng)態(tài)專利分布情況。如圖8所示，全球范圍內(nèi)，2010年至今，涉及位置信息數(shù)據(jù)處理技術(shù)的專利申請(qǐng)不僅申請(qǐng)量最高，而且申請(qǐng)量占比還處在增長(zhǎng)的趨勢(shì)，是當(dāng)前的技術(shù)熱點(diǎn)。涉及區(qū)域確定的技術(shù)從2013年至今每年都保持有一定數(shù)值的專利申請(qǐng)。涉及遠(yuǎn)程通訊的專利申請(qǐng)近些年占比有所降低，而涉及顯示障礙物的專利申請(qǐng)占比從2016年開(kāi)始到2019年出現(xiàn)小幅增長(zhǎng)后近些年開(kāi)始回落。涉及監(jiān)控系統(tǒng)的專利申請(qǐng)占比近些年波動(dòng)式地保持在一定水平。

圖8 判斷的二級(jí)技術(shù)分支全球?qū)＠急茸兓厔?shì)

如圖9所示，在國(guó)內(nèi)，2010年至今，涉及監(jiān)控系統(tǒng)的專利申請(qǐng)量最大，雖然近幾年的申請(qǐng)占比有所下降，但每年的申請(qǐng)數(shù)量并沒(méi)減小。值得注意的是，涉及位置信息數(shù)據(jù)處理技術(shù)、區(qū)域確定的技術(shù)在中國(guó)的專利申請(qǐng)占比近幾年處于上升的趨勢(shì)。遠(yuǎn)程通訊技術(shù)在2012年以前占比較高，經(jīng)歷了2013—2019年的波動(dòng)后，近些年的占比又一次呈上升的趨勢(shì)，遠(yuǎn)程通訊與起重機(jī)安全技術(shù)結(jié)合較為容易實(shí)現(xiàn)并具有實(shí)際的意義。

圖9 判斷的二級(jí)技術(shù)分支中國(guó)專利占比變化趨勢(shì)

4 結(jié)論與建議

將起重機(jī)智能避障技術(shù)分成檢測(cè)、判斷、措施、結(jié)構(gòu)4個(gè)一級(jí)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，檢測(cè)、措施、結(jié)構(gòu)這3個(gè)一級(jí)技術(shù)分支，中國(guó)和全球申請(qǐng)趨勢(shì)、申請(qǐng)技術(shù)分布等方面的趨勢(shì)基本保持一致。但是判斷技術(shù)分支在全球4個(gè)技術(shù)中排名第二，在中國(guó)排名第三，可見(jiàn)中國(guó)關(guān)于判斷障礙物對(duì)起重機(jī)影響是專利申請(qǐng)存在差異。

將判斷技術(shù)細(xì)分成位置數(shù)據(jù)處理、危險(xiǎn)區(qū)域限定、遠(yuǎn)程通訊、顯示和監(jiān)控系統(tǒng)5個(gè)二級(jí)技術(shù)分支。結(jié)合中國(guó)和全球判斷技術(shù)的二級(jí)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比，得出如下結(jié)論：①二級(jí)技術(shù)的排名是一致的，專利申請(qǐng)量最大的二級(jí)分支是監(jiān)控系統(tǒng)，其次是遠(yuǎn)程通訊；②中國(guó)在區(qū)域確定和數(shù)據(jù)處理這2個(gè)技術(shù)分支的申請(qǐng)量占比明顯低于全球水平；③遠(yuǎn)程通訊技術(shù)也有較多的申請(qǐng)量，申請(qǐng)人更傾向于通過(guò)新模塊的疊加來(lái)提出新的技術(shù)方案。

起重機(jī)的無(wú)人化、智能化是發(fā)展趨勢(shì)。判斷技術(shù)針對(duì)危險(xiǎn)源“檢測(cè)—判斷—措施”的重要一環(huán)，對(duì)起重機(jī)安全有關(guān)的障礙物判斷領(lǐng)域的專利申請(qǐng)、運(yùn)用、保護(hù)提出以下建議。

通過(guò)研究國(guó)外區(qū)域確定和數(shù)據(jù)處理2個(gè)分支領(lǐng)域的專利文獻(xiàn)迅速了解國(guó)外在這些領(lǐng)域的專利布局。障礙物判斷的核心技術(shù)內(nèi)容是數(shù)學(xué)建模和算法，應(yīng)該加大研發(fā)投入，并通過(guò)軟件著作權(quán)、專利等多種方式組合保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。