基于专利视角下的国内种植机器人发展概况_李星.pdf

新疆农机化 2025年第5期 doi 10 13620 ki issn1007 7782 2025 05 009 中图分类号 S24 TP242 文献标识码 A 0 引言 随着全球农业现代化进程的加速 农业机器人 作为智能装备领域的核心技术之一 已成为提升农 业生产效率 应对劳动力短缺与老龄化问题的关键 突破口 在农业机器人的萌芽发展阶段 农业生产 中引入机械臂 图像处理等技术推动了农业自动化 发展 在起步和发展阶段 逐渐融入多学科与高新 技术 适用于复杂生产 如自动除草 表型检测等 1 2025年中央一号文件首次提出 农业新质生产力 概念 强调以科技创新为核心 推动人工智能 大数 据等技术与农业深度融合 进一步提升农业生产中 的智能化水平 支持智慧农业发展 农业机器人相关研究领域文献显示 赵静娟等 2 通过专家咨询 定性调研以及定量分析等方法回溯 国内外农业机器人发展历程 指出预计未来十年更 多种类的农业机器人将实现商业化 且产品更具智 能化 张勇君 3 基于文献计量与专利计量的农业机器 人进行发展趋势分析 得出热点领域将聚焦于多传 感器集成领域和机械臂领域 谌凯 4 等基于专利地图 分析农业机器人发展态势 指出我国农业机器人核 心专利缺失 技术水平还有待进一步提高 本文基于专利视角 系统梳理我国种植机器人 的技术演化路径 主要技术分支的变化趋势 旨在为 种植机器人从业人员对技术研发方向 专利布局 专 利转化运用提供参考和指导 1 我国种植机器人专利申请概况 农业机器人是智能农业装备的高端形态 其作 为服务类机器人 是以活体对象为作用目标 根据中 国农业大学李道亮教授按照作业对象的不同 可以 将农业机器人分为种植机器人和养殖机器人 种植 机器人主要用于田间 果园和设施种植作业 不同类 型的种植机器人能够执行不同需求的农事工作 如 耕作 播种 育苗 移栽 嫁接 施肥 灌溉 喷药 除 草 修剪和收获等 农业机器人工作环境复杂 面临 天气多变 尘土飞扬 砖块瓦片和对象群体干扰等影 文章编号 1007 7782 2025 05 0042 04 基于专利视角下的国内种植机器人发展概况 李 星 国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心 天津 300304 摘 要 农业生产中的智能化水平是影响智慧农业发展的关键 种植机器人是解放劳动力 提高生产力的重要途径 本文对我国种植机器人的专利申请年度分布 技术分布及趋势 主要申请人情况进行统计分析 总结了国内种植机 器人的发展情况及主要研发方向 以期为相关科研工作者开展农业机器人的研发提供参考 关键词 种植机器人 专利 统计分析 DevelopmentoverviewofplantingrobotsinChinafroma patentperspective LiXing Patent Examination Cooperation Tianjin Center of Patent Office CNIPA Tianjin 300304 China Abstract Theintelligentlevelinagriculturalproductionisacrucialmanifestationofthe developmentofsmartagriculture Plantingrobotsserveasavitalpathwaytoliberatelaborforcesandenhanceproductivity Thispaperconductsstatisticalanalyseson theannualdistributionofpatentapplications technologicaldistributionandtrends aswellasmajorapplicantsofplantingrobotsin China Bysummarizingthedevelopmentstatusandprimaryresearchdirectionsofdomesticplantingrobots itaimstoprovide referencesforrelevantresearchersinadvancingthedevelopmentofplantingrobotsinChina Key words Plantingrobot Patent Statisticalanalysis 修回日期 2025 05 07 管理服务 42 新疆农机化2025年第5期 响 对精准化要求更高 目前的种植机器人利用现代 传感技术监测农田环境 植物生长状态和机器人工 作状态 通过优化控制实现精准管理和智能决策 能 够在一定程度上替代人力操作 显著提升生产效率 本文数据来源为Incopat数据库 检索时间到 2025年4月15日止 检索采用技术领域 技术效 果 IPC分类号等相结合方法 从专利申请的趋势 技术分布及其变化趋势 申请地域 主要申请人和 重要专利情况等多角度进行专利分析 通过去噪最 终得到9 000多件 项 专利 按照申请年份进行统计 得到中国种植机器人 专利申请的趋势图 如图1 图1 中国种植机器人专利申请趋势图 我国农业机械发展较早 但从农业机械向机器 人阶段发展开始于2006年 图1 2006 2014年 种植机器人处于技术的萌芽期 申请量较少 发展 缓慢 自2014年以后专利申请量呈现快速增长趋 势 我国自2016年起密集出台机器人产业发展规 划等政策 明确将高端农业机器人研发列为重点方 向 重点研制果园除草 精准植保 采摘收获 畜禽 喂料和淤泥清理等农业机器人 5 在国家政策扶持 与市场需求的双重驱动下 农业机器人研究投入不 断增加 相关专利申请有了显著增长 2020年以来 种植机器人技术呈现快速发展趋势 现阶段该类型 专利申请量保持在1 000余件 年的平稳水平 基本 进入种植机器人发展的成熟期 随着数字化推进 种 植机器人技术与产业发展日趋成熟 2 技术分布情况 为统计种植机器人的技术发展方向 对上述检 索的专利申请按照国际专利分类表的IPC主分类号 以小类及大组进行统计 如图2 其中 A01D 为收获 割草类 主要是收获机器 人 割草机器人的整机保护 B25J为机械手类 主要 是对机器人的末端执行器进行的改进 A01G是园 艺类 包含蔬菜 花卉等的栽培 林业 浇水等 根据 其分类号的组别又可分为 A01G3园艺专用的切割 工具 如修剪机器人 A01G9在容器 促成温床或温 室中的栽培机械 如设施内的机器人 A01G23林业 类 如种植 移栽机器人 A01G25 花园 田地 运动 场等的浇水机械 如浇灌机器人 A01M 动物的捕 捉 诱捕或惊吓机械 如植保机器人 G05D为非电 变量的控制或调节系统类 主要为种植机器人自动 化控制类专利 A01C为种植 播种以及施肥机械 如播种机器人 施肥机器人 6 根据图2可知 种植机器人申请量较多的主要 集中在田间人力需求大的作业环节 如播种 施肥 植保 收获等 收获相关的机器人专利申请量最多 并且由于作物种类繁多 对收获末端执行器即机械 手研发投入也较多 3 技术分支变化趋势 我国种植机器人10年来主要技术分支的申请 1 182 1 175 1 003 69 1 400 1 200 1 000 800 600 400 200 0 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2020 2024 申请日 专 利 数 量 件 8 1817 3031 58 91 112 110 227 414 724 903 869 1 039 1 036 图2 中国种植机器人专利申请技术分布图 单位 件 A01D B25J A01M G05D A01C B62D A01B A61L B05B 其他 A01G3 A01G25 A01G23 A01G9 A01G18 其他 A01G3 307 A01D 2221 B25J 1029 A01M 536 G05D 384 A01C 370 B62D 270 A01B 265 A61L 199 B05B 173 其他 2726 A01G9 114 A01G18 83 其他 154 A01G25 156 A01G 964 A01G23 150 管理服务 43 新疆农机化 2025年第5期 4 主要申请地域分布 通过对检索的专利申请进行地域统计 得到申 请量最多的10个省市 如图4 图4 中国种植机器人专利申请省市分布图 由图4可知 我国种植机器人的申请人主要集中 于东部沿海和南部的广东地区 这些地区农业种植面 积广阔 经济发达 并且高校 科研院所集中 具有产 业需求 人才资源优势 江苏省是申请量最多的省市 分布有多家农业相关的企业 高校 具有较高的创新 活力 如江苏大学 南京农业大学以及农业农村部南 京农业机械化研究所等 数据显示2024年江苏省农 作物耕种收综合机械化率达89 位居全国前列 江苏无锡高新区打造了长三角国家技术创新中 心智慧农业机器人研究所 研发的AI 多功能农业 机器人 入选具有智能领域重大成果 并且第十三届 江苏农机展在2025年4月23日在江苏南京开幕 成为农业科技创新与产业发展的风向标 这些政策 环境均为种植机器人相关研究发展提供了沃土 广东省发布了推动人工智能与机器人产业创新 发展若干政策措施 提出了支持关键核心技术攻关 支持企业 高校 科研院所等创新主体开展联合攻 关 围绕人工智能与机器人产业链上下游组建产业 创新联盟 此外 广东省现代农业产业技术体系林果 机器人共性关键技术研发创新团队针对农业机器人 共性关键技术及其应用开展研究 在水果采收等产 业进行科技攻关 在政策的支持下 加上华南农业大 学和部分科研院所的人才优势 一定程度上促进了 种植机器人相关技术的发展 5 主要申请人情况 中国种植机器人专利主要分布如图5 由分布 情况看出 种植机器人的专利申请主要集中于农业 类高等院校 以西北农林科技大学为首 包括江苏大 学 华南农业大学 山东农业大学 中国农业大学等 申报 各院校均具有多年的农业机械研发经验 具有 1403 1288 707 680 616 484 421 381 250 247 江苏 广东 浙江 山东北京 安徽 陕西上海 河南 四川 申请人省市 专 利 数 量 件 趋势变化如图3 由图3可知 在2016年及以前各技术分支下的 机器人专利申请均较少 自2016年机器人产业发展 规划出台后 收获类机器人A01D和机械手B25J等 相关领域专利申请迅速增加 该领域的农业机械发 展较为成熟且需求较高 基于政策支持 高校 科研 机构响应迅速 植物保护机器人A01M 控制相关农 业机器人G05D和播种施肥机器人A01C等领域专 利申请量变化不明显 这与前期研究投入少 还未能 实现从机械化向自动化 智能化的转变有关 图3 中国种植机器人专利申请技术分支分布趋势图 单位 件 A01D B25J A01G A01M G05D A01C 194 245 192 215 245 261 320 293 21 54 63 7 27 53 87 110 100 99 102 132 126 116 13 19 16 40 95 118 119 115 132 112 110 65 5 3 24 24 25 21 38 42 51 56 37 46 3 11 15 32 33 56 67 67 54 55 62 65 3 4 3 20 43 30 31 48 37 44 58 40 4 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 申请日 I P C 主 分 类 号 25 管理服务 44 新疆农机化2025年第5期 丰富的科研优势 人才优势 根据各申请人的具体专利申请 分析各申请人 的研究方向 西北农林科技大学主要在果实的采摘 方面 CN102729255A 7 对采摘机器人的手指结构进 行专利申请 通过设置四个关节 三个自由度使整 体结构简单紧凑 操作灵活 CN103029132A 8 对球 状果实自动采摘器的末端执行机构进行专利申请 并获得保护 实现了球状果实的自动抓取 此后分 别对猕猴桃 苹果 番茄的采摘机器人进行了多件 专利申请 另外 还对喷药机器人进行了大量申请 如CN103340190A 9 对喷药 供给 维护多机器人系 统进行专利申请 并获得保护 通过监控中心对各机 器人进行指挥和调度 并使用定位技术配备多种传 感器 实现果园实时喷药 供给 维修工作 CN217308876U 10 对牵引式自主导航喷药机器人进 行专利申请 通过激光雷达对果园环境进行扫描 并规划作业路径 PC端控制器根据3D激光雷达扫 描得到的点云信息 依据果树冠层的大小 生成对 应的喷药控制指令 实现变量喷药和自主导航 在 此期间 西北农林科技大学对机器人的整机结构 如底盘 平台 控制系统 导航系统及果实识别也进 行了专利布局 并获得多项专利权 江苏大学 116 件申请中有 109 件为发明专利 申请 占比较高 该校自2006年就开始农业机器人 相关技术的研发 主要以刘继展团队为主 如 CN101019484A 11 对果树采摘机器人末端执行器进行 专利申请 其通过多传感器的信息感知 进行智能化 采摘 保证果实品质 CN110249793A 12 对棚架葡萄收 获的机器人末端 深度相机配置进行专利申请 开展 了基于与近景位姿对应的特定深度相机在下 手指 在上配置 通过机器人进入棚架后的远景正姿 目标 逐次锁定 引导手眼趋近识别采摘 实现未知棚架环 境下机器人对葡萄的连续识别采摘作业 此外 还 申请了喷药 播种 分拣机器人相关专利 综上 不同专利的申请主要研究方向相似 这与 实际农业生产所需是密切相关 由于不同植物的果实 表征差异 需要对采摘机器人的末端执行器进行独立 设计 为实现精准采摘 在果实识别也进行了相应的 研发 为实现机器人的自主作业 各主要申请人也在 自主导航 路径规划等进行专利布局以实现机器人的 自主作业 提高智能化水平 6 结束语 目前种植机器人的发展还处于技术起步期 主 要集中于采摘收获的机械结构方面 在如何实现自 主控制 自主完成种植全流程作业还存在一定空白 随着图像识别 AI大模型等技术的不断发展 种植 机器人将会朝着精准感知 自主路径规划 智能决策 和执行方向发展 实现无人智慧农场 在人口老龄化不断加剧的今天 劳动力不断短 缺 种植机器人是解放劳动力 提高生产力的重要途 径 本文通过上述专利分析 以期为相关技术研发找 到突破口 针对技术薄弱点进行相应的专利布局 参考文献 1 徐涛 周志强 农业机器人发展现状与趋势 J 农业装备 技术 2025 51 1 4 7 13 2 赵静娟 郑怀国 董瑜 等 全球农业机器人研发趋势预测 及对我国的启示 J 中国农机化学报 2021 4 42 157 162 3 张勇君 基于文献计量与专利计量的农业机器人发展趋 势分析 D 武汉 华中师范大学 2022 4 谌凯 林志坚 应向伟 等 基于专利地图的农业机器人 技术发展态势研究 J 农机化研究 2016 9 9 1 9 22 5 杨杰 17部门明确农业机器人发展重点 J 中国农机监 理 2023 47 5 214 218 6 IPC使用指南 2024版 世界知识产权组织 7 西北农林科技大学 一种果实采摘机器人灵巧手手指结 构 201210210896 7 P 2012 10 17 8 西北农林科技大学 一种用于球状果实自动采摘器的末 端执行机构及采摘方法 201210562373 9 P 2013 04 10 9 西北农林科技大学 一种果园实时喷药 供给 维护多机 器人系统 201310221017 5 P 2013 10 09 10 西北农林科技大学 一种用于传统果园作业的牵引自主 导航喷药机器人 202122687241 6 P 2022 08 30 11 江苏大学 果蔬采摘机器人末端执行器 200710020500 1 P 2007 08 22 12 江苏大学 一种棚架葡萄收获的机器人末端 深度相机 配置方法与伺服控制方法 201910385289 6 P 2019 09 20 239 116 112 93 76 63 60 58 50 48 专利数量 件 西北农林科技大学 江苏大学 华南农业大学 山东农业大学 中国农业大学 南京农业大学 广西大学 浙江工业大学 苏州科瓴精密机械科技有限公司 东莞市皓奇企业管理服务有限公司 申 请 人 图5 中国种植机器人专利主要申请人 管理服务 45