本文通過專利分析的方法，對全球及中國范圍內采摘機器人的專利申請情況做了深入研究。研究內容涵蓋了申請趨勢、地域分布、主要申請人，以及全球專利申請中各個技術分支的申請量變化趨勢。旨在為相關企業和研究機構在技術戰略規劃和專利布局方面提供有力的參考是依據，進而推動我們國家采摘機器人產業的健康發展。

  采摘機器人是一種利用自動化技術和傳感器來識別、定位并收獲農作物的農業機械設備。果蔬采摘作業是果蔬生產鏈中最耗時、最費力的一個環節。由于采摘作業的復雜性，采摘自動化程度依然很低。目前，國內果蔬采摘作業大多數都是人工進行，并且時間較為集中，其費用約占成本的 50%~70%。為降低水果采摘的人力成本、增加水果生產的市場競爭力，研發水果采摘機器人對于水果產業高質量發展有著重要意義。

  自2016年起，中國開始密集發布一系列支持機器人產業高質量發展的政策，如《機器人產業高質量發展規劃（2016—2020年）》《“十四五”機器人產業高質量發展規劃》，以及《“機器人+”應用行動實施方案》等。這些政策明白準確地提出了要針對農業產業的需求研發高端農業機器人，并增加這類機器人的市場供給。

  2019年，農業農村部與中央網信辦聯合發布了《數字農業農村發展規劃（2019—2025年）》；2021年，農業農村部印發了《“十四五”全國農業機械化發展規劃》。這一系列政策為中國采摘機器人技術的發展提供了明確的方向和支持，為采摘機器人產業的發展奠定了堅實的基礎。

  盡管現有文獻已對采摘機器人進行了廣泛的探討，但從專利視角對這一領域的技術發展進行深入分析和研究的文獻相對較少。本文通過專利數據的分析挖掘，旨在揭示采摘機器人的發展現狀和未來趨勢，為我國采摘機器人產業的發展提供有價值的參考和指導。

  本文在Incopat數據庫中對采摘機器人的相關專利申請做多元化的分析，檢索時間截止為2024年7月31日。

  由圖1可知，采摘機器人的全球專利申請趨勢狀況。自2005年起，其技術發展按專利申請的情況大致上可以分為三個階段。

  萌芽期（2005—2013年）：采摘機器人的專利申請在這段時期緩慢增長，年申請量維持在較低水平，顯示出該領域正處于技術探索和概念驗證的萌芽階段。

  快速發展期（2014—2017年）：這期間專利申請量的急劇攀升，2017年達到388項，標志著采摘機器人技術進入了迅速增加通道，表明企業和科研機構對采摘機器人技術的研發熱情高漲，技術創新活力顯著增強。

  成熟期（2018年至今）：自2018年起，專利申請量整體維持在較高水準，體現了采摘機器人技術行業的穩定成熟和持續創新。2019年，專利申請量有某些特定的程度的回落，這一現象很可能是受到了當時全球經濟穩步的增長放緩等宏觀經濟因素的負面影響。在這樣的經濟背景下，企業和研究機構可能會縮減他們在研發和創新方面的投資，進而影響了專利的申請活動。2023年至2024年間的輕微下降，可能是由于專利文獻延遲公開的特點造成的。

  由圖2可知，采摘機器人的專利申請排名前五的國家/地區/組織分別是中國、美國、日本、WIPO（世界知識產權組織）和韓國。

  中國在采摘機器人領域的專利申請數量遠高于其他幾個國家和地區，顯示了在農業科學技術領域的領頭羊。這主要得益于國家層面對農業自動化技術的格外的重視和政策支持。自2016年起，中國政府密集出臺了一系列支持機器人產業高質量發展的政策，同時，國家自然科學基金對采摘機器人研究給予了大量資助。這些政策和資金支持激發了國內高校和科研機構的研發熱情。此外，中國作為世界果樹種植與產量大國，其果園生產面臨著環節繁多、勞動力密集等挑戰，亟需通過機械化手段提升生產效率。然而，當前果園生產機械化程度相比來說較低的現狀，與龐大的市場需求形成了鮮明對比，這一差距不僅凸顯了采摘機器人技術的重要性，更為其研發與應用提供了強大的市場驅動力。

  美國專利申請量位列第二，根本原因在于美國的電子技術發展成熟，同時人工智能技術發展較早，為智能農業和采摘機器人提供了良好的發展環境。特別是2011年啟動的“國家機器人計劃”，明確將機器人在農業領域的應用作為重要發展趨勢，進一步加速了美國在該領域的研發進程。

  圖3為從2015年到2024年，采 摘機器人主要技術分支專利申請數量的變化趨勢。

  通過分析全球專利申請的技術分支，能夠獲得近十年全球專利申請主要研究方向及其變化趨勢，從而能夠明晰未來技術發展趨勢，由圖3可知各技術分支的變化趨勢。

  整機裝置：采摘整機裝置在2017年迅速增加，此后就持續維持在高位，表明采摘裝置整機技術持續受到關注。

  末端執行器：末端執行器通常為機械手，在過去十年中，機械手的專利申請量基本呈現逐年遞增的趨勢，并保持了相對的穩定性，這表明末端執行器一直是采摘機器人研發中的重點方向，其重要性得到了業界的廣泛認可和持續關注。這是由于末端執行器的柔性和自適應性不足，采摘機器人在夾持果實時容易對果實造成損傷。

  計算機視覺：計算機視覺相關專利申請量在波動中顯示出上漲的趨勢，凸顯了計算機視覺技術在采摘過程中識別和定位作物的及其重要的作用。采摘目標精準快速識別技術對于提高采摘效率至關重要，而計算機視覺技術可以幫助實現高效采摘，是提升作業效率的主要的因素。隨著計算機視覺和圖像處理技術的慢慢的提升，它們在提升采摘機器人性能方面扮演著越來越關鍵的角色。

  篩選分離裝置、機動車和自動控制：這三個技術分支的專利申請量較少，暗示著這些領域有幾率存在專利申請的空白區域。這種情況為新興企業和研究者提供了進入市場的機會，同時也指出了未來研究和開發的潛在方向。

  飛行器：有關飛行器的專利申請自2017年慢慢的出現，并持續上升，這說明通過飛行器實現采摘的技術方向具有廣闊的發展空間，并且是一個需要我們來關注的新趨勢。

  為了更好地了解外國申請情況，在全球專利申請中，圖4為主要外國申請人及其申請量，這有助于揭示國際上采摘機器人領域的研發趨勢和重點參與方。

  由圖4可知，外國申請人在采摘機器人領域的申請量并不多，尚未形成主導地位。這說明專利壁壘還未形成，為國內申請人提供了寶貴的機遇窗口。盡管外國申請人在采摘機器人領域的申請量不多，但他們擁有的專利質量較高，并且已擁有相關這類的產品和技術，可以為國內申請人提供重要的參考和啟示。

  以下是幾家需要我們來關注的主要外國申請人及其技術特點。Dogtooth Technologies Limited，專注于開發和制造智能水果采摘機器人，其智能草莓機器人車隊已投入到正常的使用中。其專利申請主要關注采摘機器人整機裝置、末端執行器和計算機視覺，末端執行器通常為鉤狀結構，計算機視覺主要關注果實的形狀、姿態、成熟度和缺陷。Tevel Aerobotics，專注于開發用AI的自主飛行機器人，用于水果采摘。該公司專利申請集中在使用無人機進行采摘，如無人機編隊管理，其末端執行器采用切割裝置，同時該公司還申請了在夜間采摘的計算機視覺技術專利。Abundant Robotics，基本的產品是一種蘋果采摘機器人，能夠在不損傷果實的情況下進行高效采摘，該公司的專利申請集中在采摘機器人整機裝置和末端執行器，其末端執行器采用負壓結構或旋轉楔，旋轉楔能夠盡可能的防止一簇果實的兩個連續采摘的果實之間的碰撞。FFRobotics，其技術適用于柑橘、蘋果、梨、桃和櫻桃等不同果園的采摘工作，還可以在各種天氣條件下運作。Octinion BVBA，在2019年正式對外發布了世界上第一個商業草莓采摘機器人Rubion。

  這些公司在采摘機器人技術方面取得的成就表明，盡管外國申請人的專利數量不多，但他們的技術和產品已達到了商業化應用的階段，值得國內申請人深入學習和借鑒。

  圖5是2005—2024年采摘機器人中國專利申請趨勢。由圖5可知，中國專利申請同樣經歷了萌芽期（2005—2010年）、加快速度進行發展期（2014—2017年）、成熟期（2018年至今）。由此可見，中國專利申請和全球專利申請的變化趨勢是基本同步的。

  圖6展示了采摘機器人中國專利申請各省市申請量分布情況。從圖6能夠準確的看出，采摘機器人技術中國專利申請的地域分布大多分布在在農業林業資源豐富的省份。其中，江蘇省申請量最多，主要申請人包括江蘇大學和南京林業大學。浙江省位列第二，主要申請人有浙江理工大學和浙江工業大學。廣東省、山東省、陜西省緊隨其后，代表性的申請人包括華南農業大學、山東農業大學和西北農林科技大學。上述省份不僅擁有豐富的農業和林業資源，而且相關高校的研究資源也非常充足，為采摘機器人技術的發展提供了有力的支持。

  圖7為采摘機器人中國專利主要申請人及其申請量。由圖7可知，中國專利申請的主要申請人皆為國內高校。其中，西北農林科技大學以顯著的專利申請量位居榜首，其研究團隊如楊福增團隊專注于蘋果采摘機器人的研究，而傅隆生團隊則致力于獼猴桃采摘機器人的創新開發。西北農林科技大學的專利申請，主要關注多臂作業方法、氣吸式末端執行器，以及三指靈巧手。

  華南農業大學、浙江理工大學緊隨其后，這兩所大學的研究方向涵蓋了葡萄采摘機器人、采茶機器人等，特別在視覺識別和路徑規劃等關鍵技術領域進行了深入探索。華南農業大學的專利申請大多分布在在末端執行器和計算機視覺技術，其末端執行器包括仿生蜈蚣爪、剪夾一體結構、柔順包絡式機械爪，并且申請了使用無人機或懸掛軌道的采摘機器人。浙江理工大學的專利申請則大多分布在在末端執行器，如陣列末端、套夾式結構、吸附式茶葉采摘結構和繩驅式末端執行器。

  江蘇大學和中國農業大學申請量同樣較多，其中，江蘇大學劉繼展團隊研制了番茄智能采收機器人末端執行器，中國農業大學李偉研究團隊則研發的番茄、黃瓜和草莓等采摘機器人。

  由此可見，在采摘機器人的中國專利申請中，中國高校占據主導地位，這反映出國內高校在推動采摘機器人研發技術和創新方面發揮著核心作用。但是，這些高校大部分專利申請都是在國內，并未在國際上進行專利布局。

  同時，盡管高校在理論研究和技術開發上取得了顯著成就，但商業化成果轉化率相比來說較低。一方面，高校研發成果往往側重于基礎理論和技術原型的開發，缺乏與市場需求緊密結合的產品化過程；另一方面，高校與企業的合作機制尚不完善，導致技術轉移渠道不夠暢通。

  2024年，國家知識產權局先后發布了《高校和科研機構存量專利盤活工作方案》和《關于全方面推進專利開放許可制度實施工作的通知》，這些政策將促進高校和科研機構的專利向現實生產力轉化。

  因此，加強高校與企業之間的合作，提高技術轉化效率，并積極開拓國際市場，將是未來推動采摘機器人技術發展的重要方向之一。

  本文通過專利數據的分析挖掘，對采摘機器人的全球專利申請及中國專利申請的申請趨勢、申請地域分布、主要申請人，以及全球專利申請中各技術分支申請量的變化趨勢做了綜合分析。通過以上分析可知，全球及中國的專利申請量呈現出平穩增長的趨勢，表明采摘機器人技術正逐步走向成熟。全球主要的專利申請集中在中國、美國、日本、WIPO和韓國，其中中國在專利申請量上占據領頭羊。國外主要申請人的專利申請數量雖然不多，但其商業化程度較高；相比之下，國內主要申請人是高校，這些高校大多位于農業林業資源豐富的省份，其專利申請量較高，但商業化程度較低，且在國際專利布局方面尚顯不足。

  從技術分支發展的新趨勢看，采摘裝置的整機設計持續受到業界的格外的重視，特別是末端執行器，慢慢的變成了研究和發展的焦點；計算機視覺技術的應用日益廣泛；篩選分離技術、機動車和自動控制算法等領域，目前專利申請數量尚顯不足，這為創新者提供了一個寶貴的窗口期；利用飛行器進行采摘的技術正展現出巨大的發展潛力。

  綜上所述，本研究期望為相關企業和研究機構的技術戰略規劃和專利布局提供參考，助力提升自主創造新興事物的能力，增強全球市場競爭力，提高經濟效益。

  [3] 萬乾程,盧澤民,高星星,等. 果蔬采摘機器人的現狀及發展綜述[J].數字農業與智能農機, 2024, (03): 24-28.