2023人形机器人技术专利分析报告

目录 第一部分研究概述1 1.1研究背景及目标1 1.2分析边界1 1.2.1技术范围1 1.2.2核心权利人及相关产品4 1.2.3专利数据5 1.2.4其他说明5 第二部分人形机器人产业与技术概况7 2.1人形机器人产业概况7 2.1.1产业发展情况7 2.1.2政策环境8 2.2人形机器人技术发展情况13 2.3商业化应用难点14 第三部分专利分析15 3.1地域布局分析15 3.1.1专利申请趋势15 3.1.2技术生命周期17 3.1.3专利申请集中度18 3.1.4各类专利法律状态及发明授权趋势21 3.1.5各国申请人技术输出23 3.2技术布局分析26 3.2.1技术构成分析26 3.2.2技术功效矩阵32 3.2.3专利申请趋势34 3.2.4各国申请人技术布局情况42 3.3专利申请人分析43 3.3.1申请人类型分析43 3.3.2主要申请人排名50 3.3.3主要申请人专利活跃度54 3.3.4主要申请人技术分布56 3.3.5主要申请人重点专利布局情况57 3.4重点产品专利布局分析61 3.4.1优必选科技-WalkerX61 3.4.2波士顿动力-Atlas70 3.4.3AgilityRobotics-Digit78 3.4.4特斯拉-Optimus84 3.4.5小米-CyberOne90 3.4.6技术优势技术分布对比99 第四部分结论和建议101 4.1技术当前发展阶段及趋势101 4.1.1技术开始进入稳定发展阶段101 4.1.2本体结构、智能感知、运动控制属于技术布局热点101 4.2地域分布情况102 4.2.1中国、欧美市场竞争激烈，日本市场垄断严重102 4.2.2日本是过往主要技术输出国，中国当前创新活跃度高103 4.2.3各国技术布局各有侧重，中国申请人布局较为单一103 4.3主要申请人情况104 4.3.1主要申请人产品布局情况104 4.3.2老牌申请人活跃度不减104 4.3.3新兴申请人引领行业发展105 4.3.4产学研协同促进发展105 4.4人形机器人标准发展建议106 第一部分研究概述 1.1研究背景及目标 人形机器人又称仿人机器人，灵感来源于人类的身体，集仿生学原理和机器电控原理于一体，涉及机器人本体结构、核心零部件、智能感知、驱动控制、支撑环境等主要模块。相比其他机器人，人形机器人高度更高、双足行走，需要保持相对平衡并适应不同行走环境，关节更多且受力复杂，对减速器负载和电机响应速度要求更高。 专利的布局与申请，其实质为竞争性资产的储备。竞争性资产储备的关键在于，综合技术、产品、市场和企业战略等多维度进行分析，依据分析结果对知识产权布局方案进行考量，从而提升知识产权资产的商业价值，积累更为丰富、立体化的竞争性资产，以便后续能够以知识产权为工具，通过更加多样化的手段提升行业竞争主体的商业竞争力。 基于行业发展需要，本研究报告主要包括以下内容：通过采集相关专利数据，并按技术分解表标引分类，形成各维度的专利地图，结合市场调研、技术调研、专利分析综合分析行业态势，给出人形机器人领域发展建议。 1.2分析边界 1.2.1技术范围 本研究报告所述“人形机器人”，即在外形上拥有类似人类的肢体结构（如具有双足、双臂）、体型高度，并可以在生活、工作场景内如人类一般完成外界感知、自主运动、行为交互等一系列任务的机器人。因此，从机器人体型结构上，本研究排除明显小于人类体型、结构明显简化的小型人形机器人。研究聚焦于人形机器人 结构构成（例如肢体结构以及相关零部件等）及其功能实现（例如肢体动作控制、移动定位、操作系统环境等），其他可用但非专用在人形机器人上的通用技术（例如通用人机交互技术、基础AI技术等），不纳入本项目分析范畴。 通过前期技术、市场调研，了解到人形机器人相关技术构成及其主要关注的功效，对本研究的技术主题进行进一步细分如技术分解表所示： 技术主题 一级分支 二级分支 三级分支 人形机器人 A本体结构 A1头部 A11头部A12面部A13眼睛 A2肩颈 A21颈部A22肩部 A3手臂 A31手掌A32手腕A33手臂 A4下肢 A41腿部A42足部A43髋胯 A5胸腹 A51腰部A52胸部 A6关节 技术主题 一级分支 二级分支 三级分支 A7其他结构 A71皮肤A72肌肉A73整体外形 B核心零部件 （伺服驱动器） B1减速器B2电机B3编码器 C智能感知 C1机器视觉C2触觉感知C3语音语义 C4定位导航 C41建图C42定位C43自主避障C44路径规划 D驱动控制 D1能源系统 D11电池组D12充电 D2动力系统 D21电动驱动D22液压驱动D23气动 技术主题 一级分支 二级分支 三级分支 D3运动控制 D31手臂运动控制D32步态控制D33全身协同 E支撑环境 E1操作系统 E2系统集成 E21集成要求E22数据交换 E3开发平台 E31算法开发与验证E32可视化仿真E33应用功能开发 技术功效主要涉及：稳定可靠、生动自然、准确精确、结构简化、易操控、降低成本、提高效率、智能化、适应性好、降低能耗、外观设计佳等方面。 1.2.2核心权利人及相关产品 优必选科技（Walker）、波士顿动力（Atlas)、Agility（Digit)、特斯拉（Optimus）、小米（CyberOne） 重点关注 人形机器人的未来在于商业化应用，根据在最后检索时间2023年5月31日前已推出双足人形机器人产品，并持续致力于推动人形机器人产品的商业化落地，且产品在国内外具有较大影响的标准，选取国内的优必选科技、小米以及国外的波士顿动力、Agility、特斯拉作为重点关注的分析对象。 达闼、追觅、戴森、本田（ASIMO）、英国EngineeredArts （AMECA）、丰田（THR-3）、DLR、IIT、Aldebaran、日本早稻田大学（WAROT）、韩国KAIST（HUBO）、哈尔滨工业大学、国防科技大学（先行者）、北京理工大学（汇童）、浙江大学（悟、空）、美国西北太平洋国家实验室（Manny)、日本工业技术研究院（HRP）、北京钢铁侠科技有限公司、乐聚（深圳）机器人技术有限公司、清华大学、之江实验室等、索尼公司、精工爱普生株式会社、NNT都科摩股份有限公司、三星电子、夏普株式会社、软银等 其他公司/机构 1.2.3专利数据 专利检索地区：全球； 专利类型：发明、实用新型专利，涉及到产品结构、感知、控制、系统及相关方法，以及人形机器人产品的外观设计专利，不关注图形人机交互界面外观设计专利； 时间范围：不限（鉴于专利公开制度，专利申请可在最长18个月内保密，因 此近18个月来已公开的专利数据并不能反映实际的专利申请量）； 专利检索要素表（专利数据库：incoPat，最后检索时间/数据更新时间：2023年5月31日，检索式及检索结果详见《专利数据表》）。 1.2.4其他说明 （1）专利标引 专利筛查：对于通过专利检索要素引入的杂质（关联度低、无关专利），通过 人工逐篇阅读标引，剔除干扰专利； 专利分类：基于前述技术分解表，标引技术主题标签和技术效果标签； 专利分级：基于专利保护度（权利要求数量、地域布局数量、专利维持年限）、技术核心度（专利被引次数、衍生专利数量）等指标划分专利等级。 （2）数据清洗 申请人标准化：以当前专利权人为基准（而非专利的初始申请人），同一申请人在不同国家/地区/时间使用的名称相统一，强关联的母公司、子公司、集团公司的名称相统一； 法律状态标准化：“有效”指维持有效的专利，含部分失效/维持有效的专利，此外还包括仍在有效期内的PCT专利申请；“审中”指已公开和正在实质审查中的发明专利；“失效”指已过有效期的专利，以及驳回、撤回、放弃专利权等状态的失效专利，此外还包括已过有效期的PCT专利申请。 （3）数据统计 本报告专利数据共15820件。 专利统计计量单位包括：“条”，即未合并的所有专利条目，包括同一专利的多个公开文本；“件”，即以专利申请号为依据去重，保留同一件专利申请的最后公开文本，如无特别说明，本报告所有专利数据统计单位均为“件”；“项”/“族”，即以简单同族专利ID为依据去重，保留技术方案相同的多件专利中最早申请的优先权文本。 6/106 第二部分人形机器人产业与技术概况 2.1人形机器人产业概况 2.1.1产业发展情况 人形机器人的灵感来源于人类的身体，来自人类的感知和运动技能，以及人类在环境中使用工具的能力，①集仿生学原理和机器电控原理于一体，通过模仿人体结构、运动特性等，设计出具有优越性能的机电结构。② 人形机器人产业链结构如下所示： ①《HumanoidRobotics:AReference》，第50页。 ②《中金•联合研究|产业龙头纷至沓来，人形机器人大幕拉开》。 人形机器人产业链主要分为上中下游三部分。具体来看，上游为人形机器人本体结构、伺服驱动器、智能感知、驱动控制、支撑环境五个模块的供应商；中游则是人形机器人产品集成商；下游为人形机器人可能的应用场景，如商业服务、科学研究、科学展示等。 人形机器人从1969年发展至今，产业发生了如下变化：一是主导国家从日本变为美国、中国。早期，人形机器人由本田等日本企业主导，现今包括波士顿动力、AgilityRobotics、特斯拉、优必选科技、小米等全球范围内的企业均已推出人形机器人产品，并且在持续迭代研发；二是研发目的从科学展示与教育培训变为多场景作业，企业积极探索人形机器人商业化落地。 2.1.2政策环境 当前新一轮科技革命和产业变革加速演进，新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料等与人形机器人深度融合，人形机器人产业迎来升级换代。作为机器人“皇冠上的明珠”，人形机器人产业发展对促进经济高质量发展、创造美好生活具有重大意义。国家发改委、工信部等多个部门于2018年至2023年期间，发布多个人形机器人相关的政策性文件，推动人形机器人产业向高端化、智能化方向发展。 （1）国家层面 国家发展和改革委员会 《增强制造业核心竞争力三年行动计划 （2018~2020 将智能机器作为重点领域发展，组织实施关键技术产业化专项。将基础性、关联性、开放性的机器人操作系统等共性技术作为机器人产业化的关键一环。应加快智能服务机器人推广应 年）》（2018年）用。聚焦市场潜力大、产业基础好、外溢效应明显的智能服务机器人领域，推动特种服务机器人关键技术研发和产业化示范，加快公共服 务机器人、个人服务机器人推广应用。对机器人的安全性、易用性和环境适应性提出要求。 国家发展和改 《产业结构调整 为加快国内产业结构调整，将各项目划分为鼓 革委员会 指导目录（2019 励类、限制类、淘汰类型，针对各类型采取不 年本）》（2019 同规划方案，用以适应当前新形势、新任务、 年） 新要求，将特种服务机器人、公共服务机器人、个人服务机器人归入鼓励类；将高精密减速器、高性能伺服电机和驱动器、全自主编程等高性能控制器、传感器等归入机器人关键零部件；还列出智能机器人操作系统、智能机器人云服务平台、智能人机交互系统、智能机器人。 工业和信息化 《“十四五”机 2025年的具体目标：一批机器人核心技术和高 部等15部门 器人产业发展规 端产品取得突破，整机综合指标达到国际先进 划》（2021年） 水平，关键零部件性能和可靠性达到国际同类产品水平。机器人产业营业收入年均增速超过20%。形成一批具有国际竞争力的领军企业及一大批创新能力强、成长性好的专精特新“小巨人”企业，建成3-5个有国际影响力的产业集群。加强核心技术攻关，突破机器人系统开发、操作系统等共性技术，研发仿生感知与认知、生机电融合等前沿技术。“十四五”期间工作重点部分提到：重点补齐专用材料、核心元器件、加工工艺等短板，提升机器人关键零部件的功能、性能和可靠性，开发机器人控制软件、核心算法等，提高机器人控制系统的功能和智能化水平。落实措施中涉及财税金融对试点城 市机器人企业的