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導讀：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，旋翼無人機的研制及應用已經(jīng)成為了無人機研究的熱點方向。多旋翼無人機依靠其自身的特點優(yōu)勢，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為對象，來分析目前全球多旋翼無人機領(lǐng)域的相關(guān)專利現(xiàn)狀。
01 多旋翼無人機的發(fā)展歷史
1907年，Breguet 兄弟Louis 和Jacque 在法國科學家Charles Richet 的指導下，設(shè)計制造了世界上第一架有人駕駛的多旋翼飛機——“旋翼機一號”。
圖１ 旋翼機一號
但是由于當時技術(shù)的限制，無法實現(xiàn)飛機的控制，多旋翼的發(fā)展就一直處于停滯狀態(tài)。而二十世紀九十年代以后隨著MEMS技術(shù)、無刷電機技術(shù)、微處理技術(shù)的發(fā)展，小型多旋翼無人機又重新進入人們的視野。
2002年，澳大利亞國立大學的Pounds P等人研發(fā)了一架名為X-4 Flyer Mark的四旋翼無人機，并建立了其動力學模型和控制系統(tǒng)；2006年，針對該飛行器設(shè)計了一種線性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1Kg，并且實現(xiàn)了室內(nèi)外的平穩(wěn)飛行。
圖２ 四旋翼無人機
2005年，賓夕法尼亞大學研究團隊，將算法應用至兩個攝像機上，通過攝像機提供的視覺反饋對四旋翼飛行器進行了控制。瑞士聯(lián)邦科技學院的Bouabdallah研究團隊將兩種非線性的控制方法——反步控制和滑膜變結(jié)構(gòu)控制應用在OS4平臺，使飛行器具有較強的抗干擾能力，下圖為其團隊的四旋翼飛行器OS4實驗平臺。
圖３ 四旋翼飛行器OS4實驗平臺
2005年至2011年間，美國斯坦福大學Tomlin團隊，設(shè)計的多自主體控制的飛行器測試平臺STARMAC，該團隊設(shè)計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STARMAC2及Mesicopter微型多旋翼無人機。
圖４ 四旋翼飛行器平臺STARMAC2及Mesicopter微型多旋翼無人機
依據(jù)多旋翼無人機的優(yōu)點及其廣闊的應用前景使它成為無人機研究領(lǐng)域的一個熱點，各大科研機構(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，將四旋翼無人機逐漸推向了市場，從而實現(xiàn)了多旋翼無人機從實驗室走向國民經(jīng)濟的各個領(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：
大疆“悟”多旋翼無人機
大疆MG-1農(nóng)業(yè)植保機
PARROT BEBOP 2FPV
PARROT AR. DRONE2.0
易瓦特EWZ-S8
易瓦特EWZ-D6
圖５ 多型號無人機（上述圖片來源于網(wǎng)絡）
02 多旋翼無人機的特點及其應用領(lǐng)域
多旋翼無人機相較于其它無人機具有得天獨厚的優(yōu)勢，與固定翼飛機相比，它具有可以垂直起降，可以定點盤旋的優(yōu)點；與單旋翼直升機相比，它采用無刷電機作為動力，并且沒有尾槳裝置，因此具有機械結(jié)構(gòu)簡單、安全性高、使用成本低等優(yōu)點。多旋翼無人機的諸多優(yōu)點使它在以下領(lǐng)域獲得了廣泛的應用：
表１多旋翼無人機的應用領(lǐng)域
03 多旋翼無人機專利態(tài)勢
3.1 全球?qū)＠厔莘治?/STRONG>
圖６ 全球?qū)＠暾堏厔?/P>
從上圖顯示的數(shù)據(jù)可知，近幾年多旋翼無人機的申請量增長急速加快。從2002年到2009年，多旋翼無人機領(lǐng)域的專利申請量總體上呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢，從2009年至2013年呈緩慢增長趨勢。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的需求在急速增長。2016年，全球的多旋翼無人機申請量突破4000件。
3.2 全球?qū)＠暾埖赜蚍治?/STRONG>
圖７ 全球?qū)＠暾埖赜蚯闆r
上圖展示了全球?qū)＠暾堉校嘈頍o人機相關(guān)專利的專利申請版圖，在該版圖中，顏色由藍至紅的變化代表了這個國家或地區(qū)的專利申請數(shù)量逐漸遞增。中國是多旋翼無人機專利申請數(shù)量最多的國家，這也與目前市場上多旋翼無人機的占有情況相符。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)專利申請數(shù)量較少。
3.3全球?qū)＠偁幷叻治?/STRONG>
圖８ 全球?qū)＠偁幷吲琶闆r
上述的全球申請人排名中，顯示了多旋翼無人機相關(guān)專利申請數(shù)量排名前15位的申請人，排在首位的是深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司，其多旋翼無人機的專利申請數(shù)量遠超于第二位的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的有多個我國高校，這足以看出我國高校在多旋翼無人機領(lǐng)域的發(fā)展情況。縱觀上述申請人排名即可知，我國在全球多旋翼無人機領(lǐng)域中的地位。
