发明创造名称:一种基于气动人工肌肉的下颌咀嚼机器人
外观设计名称:
决定号:191687
决定日:2019-10-09
委内编号:1F262188
优先权日:
申请(专利)号:201610737514.4
申请日:2016-08-26
复审请求人:电子科技大学
无效请求人:
授权公告日:
审定公告日:
专利权人:
主审员:李晓
合议组组长:梅奋永
参审员:曲金芳
国际分类号:B25J9/00(2006.01);B25J11/00(2006.01)
外观设计分类号:
法律依据:专利法第22条第3款
决定要点:虽然一项权利要求和最接近的现有技术存在区别特征,但结合该最接近的现有技术和另一份现有技术给出的启示以及本领域的常规技术能够显而易见地获得该权利要求所要求保护的技术方案,且该权利要求所获得的技术效果是本领域技术人员可以预期的,则该权利要求不具备创造性。
全文:
本复审请求审查决定涉及申请号为201610737514.4,名称为“一种基于气动人工肌肉的下颌咀嚼机器人”的发明专利申请(下称“本申请”)。本申请的申请人为电子科技大学,申请日为2016年08月26日,公开日为2016年12月21日。
经实质审查,国家知识产权局原审查部门于2018年07月30日发出驳回决定,驳回了本申请,其理由是:本申请的权利要求1-4不符合专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定所依据的文本为:申请日2016年08月26日提交的说明书附图图1-4(即第1-3页)、摘要附图;2018年05月30日提交的权利要求第1-4项、说明书第1-65段(即第1-14页)、说明书摘要。驳回决定中引用如下对比文件:
对比文件1:“基于生物力学结构的咀嚼机器人建模”,丛明 等,华中科技大学学报(自然科学版),2011年第39卷增刊II,第13-16页,2011年11月;
对比文件2:CN104842345 A,公开日2015年08月19日。
驳回决定所针对的权利要求书如下:
“1. 一种基于气动人工肌肉的下颌咀嚼机器人,其特征在于,包括支架(1),支架(1)为半工字形,支架(1)的竖板固定安装有上颌静平台(2),上颌静平台(2)位于支架的顶板与底板之间,上颌静平台(2)与支架(1)的底板之间设置有下颌动平台(3);支架(1)与下颌动平台(3)之间连接有颞肌机构(4)和翼肌机构(5),颞肌机构(4)的一端通过球铰连接于支架(1)的顶板,颞肌机构(4)的另一端通过球铰连接于下颌动平台(3)内侧,翼肌机构(5)的一端通过球铰连接于支架(1)的竖板,翼肌机构(5)的另一端通过球铰连接于下颌动平台(3)内侧;上颌静平台(2)和下颌动平台(3)之间连接有咬肌机构(6),咬肌机构(6)的一端通过球铰连接于上颌静平台(2)的中部,咬肌机构(6)的另一端通过球铰连接于下颌动平台(3)的中部;颞肌机构(4)、咬肌机构(6)、翼肌机构(5)均包括气动肌肉(8),气动肌肉(8)通过气路连接有气动回路,气动回路电连接有控制系统;颞肌机构(4)、咬肌机构(6)、翼肌机构(5)均为两组,且两组颞肌机构(4)、两组咬肌机构(6)、两组翼肌机构(5)均分别对称设置于支架(1)的左右两侧;气动肌肉(8)的输出力f(x)和伸长量l满足以下关系式:
其中,Pth是克服橡胶管膨胀时的径向弹性力所需压力的临界值,KP凡是反映橡胶管和编织网的剪切力的一个线性弹性常数,K是现有伸长量占伸长总量的比例参数,nl(L)是因气动肌肉(8)为非理想圆柱体而附加的一个非线性项,(L-L0)为伸长量,l为原长,lmin为极限位置的长度,P为输入压强。
2. 根据权利要求1所述的一种基于气动人工肌肉的下颌咀嚼机器人,其特征在于,所述上颌静平台(2)和下颌动平台(3)之间还连接有弹簧韧带(7),弹簧韧带(7)的一端固定连接于上颌静平台(2)的中部,弹簧韧带(7)的另一端固定连接于下颌动平台(3)的内侧,弹簧韧带(7)为两组,两组弹簧韧带(7)对称设置于支架(1)的左右两侧。
3. 根据权利要求1或2所述的一种基于气动人工肌肉的下颌咀嚼机器人,其特征在于,所述气动回路包括气泵(91),气泵(91)上设置有电动开关(92),气泵(91)的出口通过气路顺次连接有储气罐(93)、气动三联件(94)、单向阀(95)、 气压传感器(96)、比例阀(97)、电磁换向阀(98),气动肌肉(8)与电磁换向阀(98)通过气路连接,电磁换向阀(98)上安装有消音器(99)。
4. 根据权利要求3所述的一种基于气动人工肌肉的下颌咀嚼机器人,其特征在于,所述控制系统包括工控机,工控机通过电连接有数据采集卡,气压传感器(96)与数据采集卡的AD口电连接,数据采集卡的AD口还通过电连接有位移传感器、角度传感器、陀螺仪;位移传感器为六组,六组位移传感器分别安装于六组气动肌肉(8)上,角度传感器和陀螺仪安装于下颌动平台(3)上;数据采集卡的DA口分别与气泵(91)的电磁阀、比例阀(97)、电磁换向阀(98)电连接。”
驳回决定认为:权利要求1与对比文件1相比,区别技术特征是:该机器人用气动人工肌肉,颞肌机构和翼肌机构分别通过球铰与支架和下颌动平台连接,上颌静平台和下颌动平台之间连接有咬肌机构,咬肌机构的一端通过球铰连接于上颌静平台的中部,咬肌机构的另一端通过球铰连接于下颌动平台的中部;颞肌机构、咬肌机构、翼肌机构均包括气动肌肉,气动肌肉通过气路连接有气动回路,气动回路电连接有控制系统,气动肌肉的输出力f(x)和伸长量l满足以下关系式:
其中,Pth是克服橡胶管膨胀时的径向弹性力所需压力的临界值,KP凡是反映橡胶管和编织网的剪切力的一个线性弹性常数,K是现有伸长量占伸长总量的比例参数,nl(L)是因气动肌肉为非理想圆柱体而附加的一个非线性项,(L-L0)为伸长量,l为原长,lmin为极限位置的长度,P为输入压强。然而,上述区别特征部分被对比文件2公开,部分是本领域的常规技术手段。因此权利要求1相对于对比文件1和对比文件2以及本领域的常规技术手段的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性;从属权利要求2-4的附加技术特征都是本领域的常规设置,因此权利要求2-4也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
申请人(下称“复审请求人”)对上述驳回决定不服,于2018年10月08日向国家知识产权局提出了复审请求,未修改申请文件。复审请求人认为:(1)对比文件1是利用6个气缸的并联机构实现6个自由度的伸缩运动,而本申请利用3个气缸结合陀螺仪、角位移传感器,实现六个自由度控制,机械结构更简单;(2)对比文件2的机械手利用虎克铰链的平面转动加上平台运动实现空间运动,但该结构没有实现人工肌肉的轴向伸缩运动,也没有分析力与伸长量的关系。因此本申请的权利要求符合专利法第22条第3款的规定。
经形式审查合格,国家知识产权局于2018年10月19日依法受理了该复审请求,并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为:(1)对比文件1已经公开了一种咀嚼机器人,和本申请的下颌咀嚼机器人的机械结构基本一致,同时对比文件1中3组咀嚼肌分别是咬肌、颞肌和翼状肌,三组肌肉为线性驱动器,驱动其伸缩实现咀嚼运动,而线性驱动器为气缸,属于本领域驱动器的常规选择,至于结合陀螺仪、角位移传感器控制肌肉伸缩运动,是本领域的技术人员为了提高肌肉伸缩量的控制精度所采用的常规技术手段,并不能为本申请带来创造性;(2)对比文件2公开了利用3根气动肌肉8分别通过虎克铰6与固定平台25及运动平台9相连,分别对3根气动肌肉8充气即可使运动平台9实现屈/伸、外展/内收以及旋内/旋外运动(由此可见利用了气动肌肉的伸缩运动),人工肌肉在对比文件2中起到的作用和在本申请中起到的作用相同,都是利用其伸缩运动控制平台相对运动,故对比文件2具有结合启示。而在人工肌肉中输入气体时,力与伸长量的关系是本领域的技术人员可以推算得出的,属于本领域的常规技术手段。因而坚持驳回决定。
随后,国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年05月10日向复审请求人发出复审通知书,指出:权利要求1与对比文件1相比,区别技术特征是:(1)咬肌机构是连接在上颌静平台和下颌动平台之间的,咬肌机构的一端连接于上颌静平台的中部,另一端连接于下颌动平台的中部;(2)咬肌机构、颞肌机构和翼肌机构分别通过球铰与其上下连接部进行连接;(3)该下颌机器人是基于气动人工肌肉的,颞肌机构、咬肌机构、翼肌机构均包括气动肌肉,气动肌肉通过气路连接有气动回路,气动回路电连接有控制系统,气动肌肉的输出力f(x)和伸长量l满足以下关系式:
其中,Pth是克服橡胶管膨胀时的径向弹性力所需压力的临界值,KP凡是反映橡胶管和编织网的剪切力的一个线性弹性常数,K是现有伸长量占伸长总量的比例参数,nl(L)是因气动肌肉为非理想圆柱体而附加的一个非线性项,(L-L0)为伸长量,l为原长,lmin为极限位置的长度,P为输入压强。然而,上述区别特征(1)是在对比文件1的基础上容易想到的;上述区别特征(2)是本领域技术人员的常规选择;上述区别特征(3)是在对比文件2的基础上容易想到的。因此该权利要求1所要求保护的技术方案不具有突出的实质性特点和显著的进步,因而不具备专利法第22条第3款规定的创造性。从属权利要求2-4的附加技术特征是本领域的常规设置,因此,权利要求2-4也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。针对复审请求人的意见陈述,合议组认为:(1)首先,本申请的说明书以及权利要求书中没有记载“用3个气缸的联动关系结合陀螺仪、和角位移传感器,实现六个自由度控制”;其次,本申请中的颞肌机构4、咬肌机构6、翼肌机构5均为两组,同样,对比文件1中也是两组颞肌机构、咬肌机构和翼肌机构,也能实现同样的功能;(2)人工肌肉的轴向伸缩运动,以及力与伸长量之间的对应关系是本领域的常规技术手段,例如,可参考附件一:“Measurement and Modeling of McKibben Pneumatic Artificial Muscles” IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS AND AUTOMATION, VOL 12, NO.1, FEBRUARY 1996,第94页公式12(a)和12(b)),其公开了一种McKibben气动人工肌肉的测量和建模,其中气动肌肉的输出力和伸长量满足以下关系式:
其中Pth是克服橡胶管膨胀时的径向弹性力所需压力的临界值,KP凡是反映橡胶管和编织网的剪切力的一个线性弹性常数, nl(L)是因气动肌肉为非理想圆柱体而附加的一个非线性项。因此,气动人工肌肉的输出力与伸长量之间的关系是本领域的公知常识。
复审请求人于2019年06月12日提交了意见陈述书,未修改申请文件。复审请求人认为:(1)本申请与对比文件1以及对比文件2的技术问题不同、技术构思完全不同、技术方案完全不同;(2)复审请求人不认同技术特征“上颌静平台和下颌动平台之间连接有咬肌机构,咬肌机构的一端通过球铰连接于上颌静平台的中部,咬肌机构的另一端通过球铰连接于下颌动平台的中部”是本领域技术人员容易想到的;(3)对比文件1中采用六个线性驱动器一端是内嵌在机构中,对比文件2中的气动肌肉与本方案中的气动肌肉分别应用于不同的领域,实现的功能也完全不同,不能将二者强行进行对比;(4)复审请求人不认同气动肌肉的输出力与伸长量之间的关系,属于本领域的常规技术手段。
在上述程序的基础上,合议组认为本案事实已经清楚,可以作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
复审请求人在复审请求审查阶段未提交新修改的申请文件,本复审请求审查决定所针对的文本与驳回决定针对的文本相同,即:申请日2016年08月26日提交的说明书附图第1-3页、摘要附图;2018年05月30日提交的权利要求第1-4项、说明书第1-14页、说明书摘要。
关于创造性
专利法第22条第3款规定:创造性,是指与现有技术相比,该发明具有突出的实质性特点和显著的进步,该实用新型具有实质性特点和进步。
2.1权利要求1请求保护一种基于气动人工肌肉的下颌咀嚼机器人。对比文件1(“基于生物力学结构的咀嚼机器人建模”,丛明 等,华中科技大学学报(自然科学版),2011年第39卷增刊II,第13-16页,2011年11月)公开了一种基于气动人工肌肉的下颌咀嚼机器人,具体公开了(参见对比文件1的第14页-16页,图3-4)一种基于生物力学结构的咀嚼机器人,其包括支座(相当于支架),支座为半工字形,支座的竖板固定安装有上颌静平台,上颌静平台位于支座的顶板与底板之间,上颌静平台与支座的底板之间设置有下颌动平台,支座与下颌动平台之间连接有颞肌机构和翼肌机构,颞肌机构的一端连接于支座的顶板,颞肌机构的另一端连接于下颌动平台内侧,翼肌机构的一端连接于支架的竖板,翼肌机构的另一端连接于下颌动平台内侧,支座顶板和下颌动平台之间连接有咬肌机构,咬肌机构的一端连接于支座顶板,颞肌机构、咬肌机构、翼肌机构均包括线性驱动器,颞肌机构、咬肌机构、翼肌机构均为两组,且两组颞肌机构、两组咬肌机构、两组翼肌机构均分别对称设置于支座的左右两侧。
该权利要求1与对比文件1相比,区别技术特征是:(1)咬肌机构是连接在上颌静平台和下颌动平台之间的,咬肌机构的一端连接于上颌静平台的中部,另一端连接于下颌动平台的中部;(2)咬肌机构、颞肌机构和翼肌机构分别通过球铰与其上下连接部进行连接;(3)该下颌机器人是基于气动人工肌肉的,颞肌机构、咬肌机构、翼肌机构均包括气动肌肉,气动肌肉通过气路连接有气动回路,气动回路电连接有控制系统,气动肌肉的输出力f(x)和伸长量l满足以下关系式:
其中,Pth是克服橡胶管膨胀时的径向弹性力所需压力的临界值,KP凡是反映橡胶管和编织网的剪切力的一个线性弹性常数,K是现有伸长量占伸长总量的比例参数,nl(L)是因气动肌肉为非理想圆柱体而附加的一个非线性项,(L-L0)为伸长量,l为原长,lmin为极限位置的长度,P为输入压强。
基于上述区别技术特征,该权利要求1实际解决的技术问题是,以非线性的方式驱动气动肌肉,以更好地模拟真实肌肉的生物特性。
关于区别特征(1),对比文件1已经公开了咬肌机构连接在支座顶板和下颌动平台,咬肌机构的一端连接于支座顶板,另一端连接于下颌动平台的中部。在此基础上,将咬肌机构设置在上颌静平台和下颌动平台之间,同样是咬肌机构的一端与固定平台连接,另一端与活动平台连接,这是本领域的技术人员容易想到的结构改变,且没有取得预料不到的技术效果;
关于区别特征(2),球铰是一种常规的连接的方式,咬肌机构、颞肌机构和翼肌机构通过球铰与相应的部件进行连接,是本领域技术人员的常规选择;
关于区别特征(3),对比文件2(CN104842345 A,公开日2015年08月19日)公开了一种基于多种人工肌肉混合驱动的仿人机械臂,具体公开了(参见说明书0014段-0017段,附图1-9)3根气动肌肉8分别通过虎克铰6与固定平台25及运动平台9相连。分别对3根气动肌肉8充气即可使运动平台9实现屈/伸、外展/内收以及旋内/旋外运动,利用气动肌肉实现平台的相对运动。其在对比文件2中起到的作用和在本申请中起到作用相同,都是利用气动肌肉驱动平台运动。也就是说,对比文件2给出了将气动人工肌肉运用至防人机械臂即机器人的技术启示,本领域的技术人员根据该启示,容易想到对对比文件1中颞肌机构、咬肌机构、翼肌机构中的线性驱动器进行改进,在颞肌机构、咬肌机构、翼肌机构均包括气动肌肉,气动肌肉通过气路连接有设置控制系统的气动回路是不用付出创造性的劳动可以得到的,而气动肌肉的输出力和伸长量之间的关系,是本领域的技术人员根据输入的气体压强、橡胶管膨胀时的弹性力与剪切力可以推算得出的,属于本领域的常规技术手段,例如可参考文献:“Measurement and Modeling of McKibben Pneumatic Artificial Muscles” IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS AND AUTOMATION, VOL 12, NO.1, FEBRUARY 1996,第94页公式12(a)和12(b))。
由此可知,在对比文件1的基础上结合对比文件2以及本领域的常规技术手段,得出该权利要求保护的技术方案,对本领域的技术人员来说是显而易见的,因此该权利要求所要求保护的技术方案不具有突出的实质性特点和显著的进步,因而不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.2对比文件2-4进一步限定了附加技术特征,为了增加上下颌的咬合位置功能,在上颌静平台和下颌动平台之间对称设置弹簧韧带,属于本领域的常规技术手段;至于气动肌肉中,设置气动回路以及气动回路的具体设置,传感器、电磁阀的设置,属于本领域中气动肌肉的常规设置方式。因此,当这些权利要求引用的权利要求不具有创造性的同时,从属权利要求2-4均不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3、对复审请求人相关意见的评述
复审请求人认为:(1)本申请与对比文件1以及对比文件2的技术问题不同、技术构思完全不同、技术方案完全不同;(2)复审请求人不认同技术特征“上颌静平台和下颌动平台之间连接有咬肌机构,咬肌机构的一端通过球铰连接于上颌静平台的中部,咬肌机构的另一端通过球铰连接于下颌动平台的中部”是本领域技术人员容易想到的;(3)对比文件1中采用六个线性驱动器一端是内嵌在机构中,对比文件2中的气动肌肉与本方案中的气动肌肉分别应用于不同的领域,实现的功能也完全不同,不能将二者强行进行对比;(4)复审请求人不认同气动肌肉的输出力与伸长量之间的关系,属于本领域的常规技术手段。
对此,合议组认为:(1)首先,本申请声称的所要解决的技术问题是:提供一种柔顺性能好、结构紧凑的下颌咀嚼机器人,解决了现有咀嚼机器人仿生性差、结构复杂的问题;而对比文件1公开了一种基于气动人工肌肉的下颌咀嚼机器人,该咀嚼机器人能够很好的模拟人类的咀嚼运动,该咀嚼机器人结构与本申请类似,与本申请所要解决的技术问题是相同的;其次,本申请的技术构思是:一种基于气动人工肌肉的下颌咀嚼机器人,包括支架1、上颌静平台2以及下颌动平台3;以及支架1与下颌动平台3之间设置有颞肌机构4和翼肌机构5;上颌静平台2和下颌动平台3之间设置有咬肌机构6;颞肌机构4、咬肌机构6、翼肌机构5均包括气动肌肉8;颞肌机构4、咬肌机构6、翼肌机构5均为两组,且分别对称设置于支架1的左右两侧。而对比文件1同样公开了一种基于气动人工肌肉的下颌咀嚼机器人,其包括支座(相当于支架),上颌静平台以及下颌动平台,支座与下颌动平台之间连接有颞肌机构和翼肌机构,支座顶板和下颌动平台之间连接有咬肌机构,颞肌机构、咬肌机构、翼肌机构均为两组,且分别对称设置于支座的左右两侧。也就是说本申请与对比文件1的技术构思和技术方案都是类似的;(2)对比文件1已经公开了咬肌机构连接在支座顶板和下颌动平台,咬肌机构的一端连接于支座顶板,另一端连接于下颌动平台的中部。在此基础上,将咬肌机构设置在上颌静平台和下颌动平台之间,同样是咬肌机构的一端与固定平台连接,另一端与活动平台连接,是本领域的技术人员容易想到的结构改变,没有取得预料不到的技术效果;(3)球铰是一种常规的连接的方式,咬肌机构、颞肌机构和翼肌机构通过球铰与相应的部件进行连接,是本领域技术人员的常规选择;(4)人工肌肉的轴向伸缩运动,以及力与伸长量之间的对应关系是本领域的常规技术手段,例如,可参考文献“Measurement and Modeling of McKibben Pneumatic Artificial Muscles” IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS AND AUTOMATION, VOL 12, NO.1, FEBRUARY 1996,第94页公式12(a)和12(b))。因此,气动人工肌肉的输出力与伸长量之间的关系是本领域的公知常识。
因此,合议组对复审请求人的主张不予支持。
综上所述,本案合议组作出如下复审请求审查决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年07月30日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服,根据专利法第41条第2款的规定,复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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