專利信息
導(dǎo)讀：近幾年來，隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和控制技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，旋翼無人機(jī)的研制及應(yīng)用已經(jīng)成為了無人機(jī)研究的熱點(diǎn)方向。多旋翼無人機(jī)依靠其自身的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，在民用及商業(yè)用途方面得到了廣大廠商的青睞，本文以多旋翼無人機(jī)為對(duì)象，來分析目前全球多旋翼無人機(jī)領(lǐng)域的相關(guān)專利現(xiàn)狀。
01 多旋翼無人機(jī)的發(fā)展歷史
1907年，Breguet 兄弟Louis 和Jacque 在法國科學(xué)家Charles Richet 的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)制造了世界上第一架有人駕駛的多旋翼飛機(jī)——“旋翼機(jī)一號(hào)”。
圖１ 旋翼機(jī)一號(hào)
但是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)的限制，無法實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的控制，多旋翼的發(fā)展就一直處于停滯狀態(tài)。而二十世紀(jì)九十年代以后隨著MEMS技術(shù)、無刷電機(jī)技術(shù)、微處理技術(shù)的發(fā)展，小型多旋翼無人機(jī)又重新進(jìn)入人們的視野。
2002年，澳大利亞國立大學(xué)的Pounds P等人研發(fā)了一架名為X-4 Flyer Mark的四旋翼無人機(jī)，并建立了其動(dòng)力學(xué)模型和控制系統(tǒng)；2006年，針對(duì)該飛行器設(shè)計(jì)了一種線性SISO控制器來控制飛行器姿態(tài)；2010年，X-4 Flyer Mark2四旋翼飛行器的出現(xiàn)，其質(zhì)量為4Kg，載重量達(dá)1Kg，并且實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)外的平穩(wěn)飛行。
圖２ 四旋翼無人機(jī)
2005年，賓夕法尼亞大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，將算法應(yīng)用至兩個(gè)攝像機(jī)上，通過攝像機(jī)提供的視覺反饋對(duì)四旋翼飛行器進(jìn)行了控制。瑞士聯(lián)邦科技學(xué)院的Bouabdallah研究團(tuán)隊(duì)將兩種非線性的控制方法——反步控制和滑膜變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用在OS4平臺(tái)，使飛行器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，下圖為其團(tuán)隊(duì)的四旋翼飛行器OS4實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
圖３ 四旋翼飛行器OS4實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
2005年至2011年間，美國斯坦福大學(xué)Tomlin團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)的多自主體控制的飛行器測(cè)試平臺(tái)STARMAC，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了十分精確的飛行控制算法。右圖分別為四旋翼飛行器平臺(tái)STARMAC2及Mesicopter微型多旋翼無人機(jī)。
圖４ 四旋翼飛行器平臺(tái)STARMAC2及Mesicopter微型多旋翼無人機(jī)
依據(jù)多旋翼無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及其廣闊的應(yīng)用前景使它成為無人機(jī)研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，各大科研機(jī)構(gòu)都掀起了一股多旋翼研究的熱潮，而不少企業(yè)也是成功研發(fā)出來民用四旋翼無人機(jī)，將四旋翼無人機(jī)逐漸推向了市場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)了多旋翼無人機(jī)從實(shí)驗(yàn)室走向國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。
下圖分別是大疆科技、PARROT以及易瓦特公司的幾款多旋翼無人機(jī)：
大疆“悟”多旋翼無人機(jī)
大疆MG-1農(nóng)業(yè)植保機(jī)
PARROT BEBOP 2FPV
PARROT AR. DRONE2.0
易瓦特EWZ-S8
易瓦特EWZ-D6
圖５ 多型號(hào)無人機(jī)（上述圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
02 多旋翼無人機(jī)的特點(diǎn)及其應(yīng)用領(lǐng)域
多旋翼無人機(jī)相較于其它無人機(jī)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，與固定翼飛機(jī)相比，它具有可以垂直起降，可以定點(diǎn)盤旋的優(yōu)點(diǎn)；與單旋翼直升機(jī)相比，它采用無刷電機(jī)作為動(dòng)力，并且沒有尾槳裝置，因此具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、安全性高、使用成本低等優(yōu)點(diǎn)。多旋翼無人機(jī)的諸多優(yōu)點(diǎn)使它在以下領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用：
表１多旋翼無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域
03 多旋翼無人機(jī)專利態(tài)勢(shì)
3.1 全球?qū)＠厔?shì)分析
圖６ 全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)
從上圖顯示的數(shù)據(jù)可知，近幾年多旋翼無人機(jī)的申請(qǐng)量增長急速加快。從2002年到2009年，多旋翼無人機(jī)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量總體上呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢(shì)，從2009年至2013年呈緩慢增長趨勢(shì)。從2014年至2016年，增長曲線變得非常陡峭，增長加快，這反映出多旋翼無人機(jī)的需求在急速增長。2016年，全球的多旋翼無人機(jī)申請(qǐng)量突破4000件。
3.2 全球?qū)＠暾?qǐng)地域分析
圖７ 全球?qū)＠暾?qǐng)地域情況
上圖展示了全球?qū)＠暾?qǐng)中，多旋翼無人機(jī)相關(guān)專利的專利申請(qǐng)版圖，在該版圖中，顏色由藍(lán)至紅的變化代表了這個(gè)國家或地區(qū)的專利申請(qǐng)數(shù)量逐漸遞增。中國是多旋翼無人機(jī)專利申請(qǐng)數(shù)量最多的國家，這也與目前市場(chǎng)上多旋翼無人機(jī)的占有情況相符。美國位于第二，接下來依次是韓國、日本、歐洲、德國、法國以及俄羅斯，其它國家的相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量較少。
3.3全球?qū)＠?jìng)爭(zhēng)者分析
圖８ 全球?qū)＠?jìng)爭(zhēng)者排名情況
上述的全球申請(qǐng)人排名中，顯示了多旋翼無人機(jī)相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量排名前15位的申請(qǐng)人，排在首位的是深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司，其多旋翼無人機(jī)的專利申請(qǐng)數(shù)量遠(yuǎn)超于第二位的PARROT，足以可見大疆創(chuàng)新公司在多旋翼無人機(jī)領(lǐng)域的專利布局情況，位于第三、第四位的分別是亞馬遜及易瓦特科技股份公司。位于前15的有多個(gè)我國高校，這足以看出我國高校在多旋翼無人機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展情況。縱觀上述申請(qǐng)人排名即可知，我國在全球多旋翼無人機(jī)領(lǐng)域中的地位。
