仿真机器人专利现状及其发展趋势仿真机器人专利现状及其发展趋势.pdf

仿人机器人专利技术现状及其发展趋势 陈海英 张 晓霞 胡 涛 （国家知识产权局专利局机械发 明审查部 ） 一 、引言 机器人学是一 门高度交叉 的综合学科 ，而仿人机器人是机器人研究领域最高研究 成果的代表 ，是多学科交叉和结合的综合高技术领域 。它集计算机科学 、信息技术 、 传感器技术 、电子技术 、控制理论 、人工智能理论 、机械科学 、认知科学 、思维科 学 、心理学 、理论语言学 、哲学于一身 ，是当前机器人领域最活跃 的研究热点之一 。 仿人型机器人 的研究 目的不是企 图制造 以假乱真或替代人类 的机械 ，而是创造一 种新型工具 ，使其具备人类某些特定特征 如（行走 、感官 、思维 、判断等能力 ），在 相 当程度上替代人类从事特定 的工作 以服务于人类 ，且能够与人类和谐共处 的高级智 能机器人 。仿人机器人在如下方面具有优势 ：首先 ，双足行走 的仿人机器人具有更灵 活的行走能力 ，能够适应各种地形 ，可 以方便地上下 台阶，具有更强 的越 障能力 ，行 动盲 区很少 。因此 ，仿人机器人拥有更广 阔的工作空间。其次 ，仿人机器人具有更高 的智力水平 。由于具备更强的感知 、思维和判断能力 ，仿人机器人更能够适应未知环 境 ，并 自主完成工作 。最后 ，仿人机器人具有人 的外形 ，并具备 良好 的人机交互能 力 。因此 ，在服务 、娱乐等直接接触人类 的领域 ，仿人机器人具有更 明显 的优势 。不 仅如此 ，从技术发展 的角度考虑 ，仿人机器人 的研究将会对传统 的机械结构 、控制方 式产生深远影响，并将极大地促进仿生学 的研究和应用 ，使人类更好地破解生命 的 奥秘 。 近几年来仿人机器人系统 、方法 、整机设计专利开始大量增加 ，而专利技术往往 代表着本行业 的技术发展水平与发展方 向。本文将对 国内外仿人机器人领域专利技术 的现状及其发展趋势进行分析 ，给出 目前 国内仿人机器人的整体研究现状和存在 的主 要 问题 ，并试 图挖掘 国外仿人机器人 的技术路线和研究热点及难点 ，从 中找 出国内外 仿人机器人 的研究差距 ，为国内仿人机器人 的研究提供参考 。 二 、仿人机器人简 介 一（）仿人机器人 的机械本体结构 仿人 型机器 人 是 一种 具有 人 的外 形 ， 并能够效仿人体某些物理功能 、感 知系统 及社交能力并能承袭人类部分经验 的机器 人 。仿人机器人不仅具有 能走 的双 腿 ，有 头 、眼、颈 、臂 、腰 等物 理特 征 ，还 能模 仿人类 的视觉 、触觉 、语 言 ，甚至情感等 功能 。仿人机器人 的本体大致分 5 个部分 ： 头 、臂 、手 、躯 干 以及 双腿 ，利用 这几 部 分 的协调动作来实现各种特定运动及 与人 的交互 。 仿人机器人 自由度数 的合理布置对 实 现仿人机器人像人一样 的灵活运动是至关 图 1 H R P-2P 的关节 自由度布置 图 重要 的，是仿人机器人 的重要机械性 能指 标 。表 1 列出的是典型仿人机器人 的关节 自由度布置 。图1 给出的是 H R P-2P 的关节 自由度布置 图。 表 1 典型仿人机器人 的关节 自由度布置 注 ：H 6 在每个脚趾处还各有一个 自由度 。 （二）仿人机器人领域 的专利技术概况 据韩 国一个经常更新 的机器人 网址统计 ， 目前世界上有 94 个主要机器人项 目在 进行 ，其 中42 个在 日本 ，10 个在美 国，10 个 在韩 国，9 个 在德 国，7 个在 中国，4 个在英 国，2 个在瑞典 ，1 个在澳洲 ，1 个在泰 国，1 个在新加坡 ，1 个在保加利亚 ， 1 个在伊 朗，1 个在意大利 ，1 个在奥地利 ，1 个在西班牙 ，1 个在俄 国，还有 1 个在 阿拉伯联合酋长 国。下面我们主要从 日本 、美 国、韩 国等主要仿人机器人研究 国家简 要介绍一下仿人机器人专利技术领域 的研究现状 。 1. 日本 日本仿人机器人 已有将近 40 年 的历史 ，并在 1973 年创建 了世界上第一个仿人型 机器人 W A BO T 21