科学技术创新
2019.29
生物特征识别式智能锁具专利技术现状研究分析
刘健孙沛豪（等同第一作者）
（国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，
天津300000）1概述
生物特征识别式智能锁是通过对人体生物特征进行识别进行开锁的锁具的统称。其应用在锁具方面的生物特征主要为身
体特征，例如指纹、面像等。这些生物特征具有唯一性，
且无需使用者携带或记忆，其便捷性和安全性使得生物特征识别式智能锁近些年高速发展且已取得了相当的成就。本文对生物特征式智能锁具的发展脉络进行了梳理。
2世界范围相关专利申请状况分析
通过对不同技术主题的统计可以得到，在生物识别式电子锁领域中，指纹锁以高达69%的比例占据了大部分的技术研究
主题，而其他的诸如面相锁、
声纹锁等共同占有其余的31%。可见，就目前的发展阶段来看，指纹锁的应用普及程度及技术积累成熟度都是远超其他类型的生物识别式智能锁的。
通过对指纹锁的地域分布进行统计，
我们得到，其申请人主要来自于中国、日本、韩国和美国等科技发展水平较高或者市场较成熟的国家，我国依托较大的市场潜力取得了相当的发展，
但我国指纹锁专利申请的技术含量与美、
日等科技强国仍然无法相提并论。
通过对指纹锁申请量的年份变化进行统计，我们得到（图1），指纹锁世界范围内的第一件申请出现在1974年，直到1995
年，指纹锁都处在申请零星分布的初步探索阶段，
此后平稳发展，在2010年出现一次165件的小高潮之后在2015年年尾出现了爆发式增长。这一次爆发的中坚力量是国内指纹锁技术的突飞猛进，在这一过程中，中国指纹锁技术无论在广度和深度上都取得了长足进步。
图1指纹锁申请量图
通过对指纹锁的种类分布进行统计，
我们得到，光学指纹采集、半导体指纹采集、超声波指纹采集所占比例分别为57％、41％和2％。可见，对于指纹锁进行技术研发的主要对象是光学
指纹采集技术和半导体指纹采集技术，
而超声波指纹采集面临研发及生产成本过高，技术积累不足，
研发难度大等原因，始终无法取得广泛的市场应用和更高的技术投入。
通过分别对上述三类指纹锁申请量年份变化进行统计，我
们得到，对于光学指纹采集电子锁，
其申请量于2004年达到一个小高峰83件，此后在2010年迎来了新一波飞跃。
光学指纹采集电子锁的主要申请人为日本，
占据了最高的20%比例，其两大重头企业为精工爱普生株式会社和佳能株式会社，
其在光学指纹采集这一传统领域无论在时间跨度还是技术深度的层面上都有着深厚的技术积累。紧随其后的中国、美国和德国也同样为这一技术的积累做出了卓越的贡献，也为其在今后的发展奠定了坚实的基础。
通过对半导体指纹采集领域的申请量年份变化进行统计，
我们得到，
其同样在2004年达到了一个55件的小高峰，经历了接下来几年的缓慢下降，在2013年，随着手机等
电子设备指纹
解锁的兴起，半导体指纹解锁的申请量再一次呈现爆发式增长。半导体指纹采集的主要申请人仍然全部来自日本，精工爱普生株式会社在半导体指纹锁领域仍然牢牢占据第一的位置，其后
的索尼株式会社、夏普株式会社等企业抓住发展机遇，
同样取得了相当的成就。
通过对超声波指纹采集领域的申请量年份变化进行统计，
我们得到，其申请量始终处在最低位置，
发展时间也相对更晚，第一件专利申请出现在2004年，此后每年的申请量不超过10件，2016年出现了较大幅度的增长，但仍然无法与光学指纹采集和半导体指纹采集相比。究其原因，超声波指纹采集技术目前还处在初期的研发和技术积累阶段，将其应用于智能锁具仍然需要时间进行完善。目前，超声波指纹采集主要申请人来自美国的超声波扫描公司和霍尼韦尔国际公司。这说明美国方面依托雄厚的技术实力，正着力发展更具前瞻性的超声指纹解锁技术。
3国内相关专利申请状况分析
国内生物识别式电子锁领域中的指纹锁专利申请量占比高
达80%。指纹锁技术在我国起步较晚，
从1994年开始才有第一件指纹锁专利申请。1995年的申请量为6件，其中2件是日本
三菱电机株式会社在我国的申请，
除了上述2件专利申请外，清华大学和北京华康自动化技术工程有限公司作为共同申请人也申请了2件专利，可见我国的高等院校以及个别企业在90年代中期也开始了对指纹锁的研发和保护。其申请量在1994-2008年间总体上看呈阶梯式增长。而从2010年的141件开始，申请量则呈现出每年递增60%~70%的直线增长态势。2013-2018年，指纹锁的申请量几乎开始以逐年翻倍的态势蓬勃发展。
中国申请人在国内的指纹锁专利申请量第一位，韩国、
日本、美国、德国位列其后。指纹锁专利申请量最大的地区是广东，
其次是浙江、江苏、成都和上海、
深圳等。可见，广东、江浙一带更加重视指纹锁的技术研究与产业推广，相关企业也更多。
从国内申请人类型分布情况可以看出，
国内公摘要：近年来，生物特征识别技术日渐成熟，带有生物特征识别的智能锁具蓬勃发展，
本文通过检索、统计智能锁具相关专利申请文献梳理了该领域包括年申请量趋势、申请人国家和地区分布等发展脉络。关键词：智能锁具生物特征识别锁；
指纹锁；专利申请；分析中图分类号:TS914.21,T-18文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2019)29-0176-02（转下页）176--
2019.29科学技术创新司申请人的指纹锁专利申请量约占总数的49%；个人申请人的专利申请量约占45%；大学/科研机构的专利申请量仅占总数
的6%。之所以大学/科研机构的指纹锁专利申请量较少，
原因在于锁具作为一种传统的机械部件，在大学/科研机构并没有设置专门的学科以及研究课题。而公司申请约占一半的比例，
这说明国内指纹锁专利技术市场化趋势较为明显，
由于对指纹锁的研究需要大量的资金以及高科技设备的支持，
而公司对指纹锁的研究成果又容易转化成收益。而近年来我国对专利知识的普及，也极大地提高了个人对申请指纹锁相关专利的热情。
在指纹采集技术相关专利申请中，
光学指纹采集、半导体指纹采集、超声波指纹采集所占的比例分别为51％、44％和2％。国内对指纹采集技术的研发主要还是围绕较为成熟的光学指纹采集技术。而半导体传感器具有高性能、低功耗、低价格、小尺寸等优点，也是近年来发展迅速的传感器技术。由于超声波
指纹图像采集技术其成本过高，
目前还处于实验室研发阶段。光学指纹采集专利申请量在2000年和2005年分别迎来12件和21件的小顶点，2008年开始随着光学设备技术的革
新，申请量增速也越来越大。从技术上看，
光学指纹采集设备的体积也在不断减小，国内的申请人对其加大了研发投入。
半导体指纹采集相关专利申请量在2003年之前基本呈阶梯状上升，每年申请量均保持在10件以内。2003至2009年以“W ”形波动。在2010年申请量又突然增加到15件，并且从2014年开始以更迅猛的态
势增长，其原因是近年来随着各种工艺技术的不断发展，半导体传感器中芯片的防静电性能和耐用度得到了很大的改善，使得更多企业开始朝着这一方向研发。
超声波指纹采集相关专利申请量在整体上都保持在低位，
且从2004年开始才有第一件专利申请，
其原因是超声波指纹采集技术目前还处于实验室阶段，
锁具的超声指纹技术在应用方面与超声指纹采集的场景契合度小，成本高，导致锁具领域的申请量始终处于后端位置。
4结论
生物指纹锁技术专利主要掌握在日本企业手中，但已有中
国高新企业意识到了其市场前景，
正在迎头赶上。基础研究方面仍然是美国的强项。中国四大锁具产业基地中的浙江、广东
和上海已经认识到智能锁具的市场前景，
并依托产业优势积极寻求生物识别式智能锁具等新型智能锁具的专利保护；
而作为传统锁具产业基地的山东，可能更多的还是专注于传统机械锁的生产和销售，对智能锁具的技术研发和专利保护没有引起足够的重视，在智能锁具知识产权保护方面已经落在后面。
参考文献
[1]田捷，
杨鑫.生物特征识别技术理论与应用[M].北京：电子工业出版社.[2]祝恩，殷建平，张国敏，胡春风.自动指纹识别技术[M].北京：国防科技大学出版社.
作者简介：刘健(1982-)，男，助理研究员，主要从事专利审查工作。第二作者孙沛豪对本文的贡献等同于第一作者。
高效采摘收集一体化草莓采摘机的设计分析
邢剑周彦言赵岚张嘉铭崔舒淼张丛
（天津职业技术师范大学，
天津300222）草莓种植业在国内迅猛发展，但国内传统的采摘方式效率低，并且大量长期劳作会对人的脊椎腰椎产生严重损伤。目前
已有的人工智能草莓采摘机对于大多数果农来说成本太高、
操作不易。因此，设计一种操作容易、
节省人力、可以提高效率的低成本采摘机具有较高的现实意义。
1采摘收集一体化草莓采摘机的总体设计1.1方案确定
通过一个电机提供动力来使组合机构实现上下移动达到适
应生长高度不同的草莓，
并通过机构实现将草莓运送到收集装置中。收集装置每次一定角度的旋转达到草莓的均匀放置的目的，并且该装置适用于在田垄间使用。对各功能组成部分提出
若干种方案，进行比较。在本次设计中，
本团队主要提出了三种设计方案。其中，在方案一中，实现旋转运动的结构为链传动+
电机、实现上下往复运动的结构为凸轮机构、
存在的重要制作工艺为数控铣床加工、所需成本为1800-2000元；在方案二中，实现旋转运动的结构为棘轮机构+电机、实现上下往复运动的
结构为蜗轮蜗杆、存在的重要制作工艺为齿轮加工、
所需成本为2000-2200元；在方案三中，实现旋转运动的结构为转芯+方扭
钢、实现上下往复运动的结构为丝杠螺母、
存在的重要制作工艺为基础钳工、所需成本为1500-1700元。
通过上述三个方案的比较，方案一与方案二制作工艺较高，成本较高，且工作不稳定，所以本团队确定选用成本适中、加工难度适中且工作相对稳定的方案三。
1.2设计要求
第一，由于草莓果实高度不同，
所以通过电机带动丝杠的旋转来实现螺母的上下移动，并加上限位开关进行上下限位；第二，利用草
莓为单果单茎，且果实上部的茎较长的特点，
采用通过手柄的握紧和松开实现前端刀片的剪切，
以此来切断草莓茎；第三，为了将草莓能够均匀放置，
将收集装置设计成高度不变且可旋转的方式，并需方便使用者操纵；第四，由于草摘要：目前，国内传统的草莓采摘方式效率低，人工智能采摘机的成本又相对较高，因此需要设计一种一体化草莓采摘机。
基于此，天津职业技术师范大学的大创团队利用了简单的组合机构设计并制作了高校采摘收集一体化草莓采摘机，
进而使果农得到较大的利益。
关键词：草莓采摘；丝杠螺母；四杆机构；
可调式收集装置中图分类号:TH122文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2019)29-0177-02（转下页）177--

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