专利分析我国水下清洗机器人研发进展_常开应.pdf

中国科技信息 2023 年第 8 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023-20-专利分析长期航行于海洋中的船舶，其外壳表面会附着大量海生物，严重影响军舰的作战性能，增大民船的营运成本。目前，船体附着物清洗主要采用坞内或水下人工作业方式，进坞费用昂贵，喷砂作业污染环境且危害操作人员安全和健康，且坞内作业工期较长，水下人工清洗可在船舶靠港或者锚泊时作业，虽避免了坞期耽误和进坞费用，但水下人工作业劳动强度大、效率低、安全性差且成本较高。采用水下清洗机器人代替人工，可有效解决上述问题，大大提高作业效率、降低成本，据估算，采用水下清洗机器人作业比进坞清洗综合节约成本 70%以上，比水下人工清洗节约成本近 45%。因此，开展水下清洗机器人的研究对推动船舶清洗行业具有重要意义。本文采用 Incopat 专利数据库，对我国水下清洗机器人专利进行检索，从趋势、技术构成、申请人等方面对我国水下清洗机器人专利进行对比分析，为开展新型水下清洗机器人的研究与生产提供有益的参考，对推动我国水下清洗机器人的发展具有一定意义。趋势分析申请和公开总体趋势从图 1 可见，20022021 年我国水下清洗机器人技术发展情况大致经历了三个阶段：萌芽时期（2002 年至 2008年）、技术推动期（20092015 年）以及高速增长期（2015年至 2021 年）。我国水下机器人行业起步较晚，2008 年之前的水下清洗机器人专利申请量较少，每年的专利申请量一直处于较低行业曲线开放度创新度生态度检索量持续度可替代度影响力行业关联度专利分析我国水下清洗机器人研发进展常开应 王庆云常开应（1971），云南昆明，高级工程师，研究方向：水下机器人与技术管理，昆明海威机电技术研究所（有限公司）。王庆云（1989），云南昆明，硕士，工程师，研究方向：水下机器人与技术管理，昆明海威机电技术研究所（有限公司）。图 1 20022021 年我国水下清洗机器人专利申请和公开趋势-21-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 8 期专利分析状态，这与国内市场应用端的需求还未实际产生有关。随着我国工业技术水平的不断提高以及应用领域的不断发展，应用端对水下清洗机器人的需求开始逐渐体现。2009 至 2015 年期间，我国水下清洗机器人领域专利的年申请量相比于萌芽时期有小幅增长，但该阶段的研究和应用仍然以摸索为主。2015 年后，我国水下清洗机器人领域呈现爆发式发展的态势，专利申请量迅速增长，并于2018年达到申请量峰值，为 147 件。2019 年专利申请呈现下降趋势，这说明在经过了快速增长期后，水下清洗机器人面临了更多的创新需求，在不断寻求探索和进步，所以专利申请量呈下降趋势。区域申请趋势从图 2 可见，江苏省、广东省、山东省、浙江省、湖北省和上海市的专利申请数量较多，并从 2015 年快速增长，其中，江苏省、广东省、浙江省、湖北省和上海市的专利申请数量均在 2018 年分别达到峰值，山东省的专利申请数量于 2020 年达到峰值；其余省份和直辖市的申请量在 2015年后总体上也出现了小幅度增长，但是仍然处于相对较低的申请数量水平。可见，水下清洗机器人在我国经济发达的省份和直辖市受到了更多的关注，其应用和研究也较多，尤其是 2015 年后技术创新活跃程度显著提高。技术发展趋势分析图 3 展示了水下清洗机器人以 IPC 分类号为分类方式在各技术方向的中国专利数量分布情况。可以看出，我国申请人在 B63C 领域的专利申请量最大，专利数量达到 455项，在主要技术申请方向总量中占比达 43%；其次是 B63B和 B63G，专利数量分别为 232 项和 114 项，合计占比达33%；可见 B63C、B63B 和 B63G 领域是最关键的技术分支和创新方向，我国申请人对这些领域的应用和研究最为重视。在 B63H、B25J 和 B62D 领域也有一定的申请量，专利总数量为 188 项，合计占比 17%；在 G01N、B08B、E02B 和 H04N 领域的申请量较少，专利数量均不高于 2%，合计占比 7%，说明我国水下清洗机器人的应用和研究已经开始呈现逐渐细分的态势。注释：B63C 船只下水，拖出或进干船坞；水中救生；用于水下居住或作业的设备；用于打捞或搜索水下目标的装置。B63B 船舶或其他水上船只；船用设备。B63G 舰艇上的攻击或防御装置；布雷；扫雷；潜艇；航空母舰。B63H船舶的推进装置或操舵装置。B25J 机械手；装有操纵装置的容器。B62D 机动车；挂车。G01N 借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料。B08B 一般清洁；一般污垢的防除。E02B 水利工程。H04N 图像通信。转让趋势分析图 4 中可以看出，2015 年之前，我国水下清洗机器人领域专利转让的数量极少每年的专利转让数量均不大于 1 项。2016 年开始每年的专利转让数量快速增加，并于 2019 年达到峰值，转让数量达 15 项，说明我国水下清洗机器人领域的专利运营和实施热度大幅提升，预示其发展驱动力强劲，未来市场应用前景广阔。重要申请人分析重要申请人排名由图 5 中可知，从申请人的专利数量角度看，哈尔滨工程大学的专利数量最多，为 25 项；中国船舶科学研究中心排名第二位，专利数量为 20 项，南通市海鸥救生防护用品有限公司和江苏科技大学分列第三位和第四位，专利数量分别为 16 项和 15 项；其余申请人的专利申请人较为接近，处于 7-10 项的水平。从申请人类型的角度看，我国专利数量前十位的专利申图 2 20122021 年我国各地区水下机器人专利申请趋势图 3 20122021 年我国水下机器人专利技术构成图 4 20122021 年我国水下机器人专利转让趋势中国科技信息 2023 年第 8 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023-22-专利分析请人中，高校申请人占 7 个席位，合计专利数量为 83 项，占十位申请人专利总数的 65.9%；研究所占 2 个席位，专利数量为 27 项，占比 21.4%；企业占 1 个席位，专利数量为 16 项，占比 12.7%。可见我国水下清洗机器人技术领域内创新实力强的主体主要是高校，是专利申请的主力军，表明目前我国水下清洗机器人领域更集中于基础理论研究。重要申请人专利申请趋势分析由图 6 可见，哈尔滨工程大学、江苏科技大学、西北工业大学和上海交通大学在水下清洗机器人领域的专利布局具有较好的持续性，表明其在水下清洗机器人领域投入了较为稳定的研究，持续产生了创新成果。中国船舶科学研究的专利数量于 2016 年开始增加，并于 2017 年达到峰值，表明中国船舶科学研究中心 2016 年开始对水下清洗机器人研究和应用的关注和重视逐渐提高。南通市海鸥救生防护用品有限公司的专利申请较为集中地出现于 2016 年，而在 2016 年后没有专利申请，说明该申请人于 2016 年阶段性地完成了其设定的水下清洗机器人研究目标。浙江大学、中国海洋大学的专利布局较为离散，但均呈现出于 2019 年开始数量增多的态势；中国科学院沈阳自动化研究所和大连海事大学的专利布局均出现于 2018 年；表明近年来随着我国工业的发展和经济水平的提高，越来越多的创新主体参与到对水下清洗机器人技术的基础和应用研究活动中。重要申请人专利技术构成分析由图7可知，B63C和B63B是申请人专利布局的重点，所有申请人在这两个技术领域均有布局。其中，哈尔滨工程大学、中国船舶科学研究中心、浙江大学、西北工业大学、上海交通大学、中国海洋大学以及中国科学院沈阳自动化研究所在水下清洗机器人领域专利布局数量最多的技术分支均为 B63C，哈尔滨工程大学在该技术分支领域的专利布局最多，且领先优势明显，中国船舶科学研究中心和浙江大学分列第二位和第三位。南通市海鸥救生防护用品有限公司、江苏科技大学和大连海事大学在水下清洗机器人领域专利布局数量最多的技术分支均为 B63B，其中，南通市海鸥救生防护用品有限公司在该技术分支领域的专利布局最多。此外，中国船舶科学研究中心在 B63B 领域也有一定量专利布局。B63G、B63H、B25J、B62D 也是国内水下清洗机器人领域申请人重视的技术领域，多个申请人在上述技术领域做了布局；G01N、B08B、E02B 和 H04N 是申请人布局较少的技术领域，其中，G01N 技术领域仅有西北工业大学和大连海事大学涉及；B08B 技术领域仅有中国船舶科学研究中心和江苏科技大学涉及；而 E02B 和 H04N 技术领域尚处于空白，没有申请人在这两个领域有布局。从涉及技术领域数量的角度看，西北工业大学和哈尔滨工程大学分别以 7 项和 6 项排名第一位和第二位；中国船舶科学研究中心、江苏科技大学和大连海事大学涉及的技术领域数量为 5 项，并列第三；其余申请人涉及的技术领域数量均为 4 件。总体上，国内水下清洗机器人领域内申请人的研究集中程度较高。其中，西北工业大学和哈尔滨工程大学在多个技术领域内均进行了专利布局，说明其在多个技术领域投入了研究活动，对多个技术分支的应用前景具有向好的预判，整体创新能力也处于国内前列。重要申请人专利技术功效分析由图 8 可见，哈尔滨工程大学在复杂性降低、效率提高、可靠性提高以及速度提高方面的专利布局数量均排名第一；中国船舶科学研究中心在便利性提高、安全提高、成本降低以及体积降低方面的专利布局数量均排名第一；江苏科技大学在稳定性提高方面的专利布局数量最多，且在其他多个技术功效方面也做了较充分的布局。灵活性提高方面，西北工业大学做了最多的研究和布局。图 5 我国水下清洗机器人重要申请人专利申请数量图 6 20122021 年我国水下清洗机器人重要申请人专利申请趋势图 7 我国水下清洗机器人重要申请人专利技术构成-23-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 8 期专利分析图 8 我国水下清洗机器人重要申请人专利技术功效综上，在便利性提高、复杂性降低、效率提高、稳定性提高、可靠性提高、成本降低以及灵活性提高方面，排名前十的申请人均有涉及。从整体分布态势看，国内申请人的研究和应用范围涉及大多数技术功效，不同的申请人在不同的技术功效方面各有侧重。重要申请人专利价值分析由图 9 可见，哈尔滨工程大学的专利布局在专利价值度分值在 2 至 9 的指标内连续分布，在专利价值度分值为 7 和4 的指标内，其专利数量均排名第一；中国船舶科学研究中心的专利布局基本集中在专利价值度 7 到 9 的区间内，在价值度 4 的指标内也有分布。西北工业大学和江苏科技大学的专利图 9 我国水下清洗机器人重要申请人专利价值布局 5 到 6 以及 8 到 10 的区间内；中国船舶科学研究中心具有专利价值度分值为 9 的专利数量最多，哈尔滨工程大学紧随其后，专利价值度分值为 9 的专利数量位居第二，且具有较大的领域优势；江苏科技大学和西北工业大学并列第三。综上，中国船舶科学研究中心、哈尔滨工程大学、西北工业大学以及江苏科技大学的专利布局在技术稳定性、技术创新性和保护范围等方面做得较好，体现了较强的综合竞争力，属于第一梯队。浙江大学、上海交通大学以及南通市海鸥救生防护用品有限公司的专利布局较集中地分布在 5 以上的专利价值度分值区间内，属于第二梯队。中国海洋大学、中国科学院沈阳自动化研究所以及大连海事大学的专利布局在高分值区间内数量相对较小，仍然处于积极探索的研究阶段，属于第三梯队。结语从区域申请趋势来看，水下清洗机器人在我国经济发达的省份和直辖市受到了更多的关注，其应用和研究也较多，尤其是 2015 年后技术创新活跃程度显著提高。从关键技术领域分布来看见，B63C、B63B 和 B63G 领域是最关键的技术分支和创新方向，我国申请人对这些领域的应用和研究最为重视。从专利数量前十位的专利申请人呈现的分布角度看，我国水下清洗机器人技术领域内创新实力强的主体主要是高校，表明现阶段我国水下清洗机器人领域更集中于基础理论研究。综上，我国水下清洗机器人行业正处于高速发展阶段，其技术研究和应用得到了越来越多的关注。但与国外水下清洗机器人的技术水平和行业发展相比，我国在水下清洗机器人领域关键技术方向上的研究和应用还相对薄弱，存在较大的发展空间。现阶段，企业和大专院校由于具有相对较强的研发目的和研发条件，是我国水下清洗机器人领域内最主要的创新主体。通过企业、高校、研究所以及工程应用单位的联合实践、研究和开发，是推进我国水下清洗机器人技术自主创新的重要途径，也是结合实践构建理论体系的必然途径。