杂草控制是确保作物高产优质的必要措施，避免杂草造成的危害是全球都持续关注的问题。传统的除草方式主要包括人工除草、机械除草和化学除草，然而这些方法存在着除草效率低下、损伤农作物和对环境造成污染等问题。激光除草技术是利用高能激光束对杂草进行瞬时加热，使其细胞组织受损直至死亡，进而达到除草目的。相比传统的除草方法，激光除草技术具有以下几点优势：(1)环保：激光除草无需使用化学试剂，减少了对土壤和水源的污染。(2)高效：激光除草可以精确定位杂草，避免对农作物造成损害，并且工作速度较快，提高了作业效率。(3)灵活性：激光除草装置可以根据需要进行调整或转变，以适应不同作物及地形变化。(4)自动化：激光除草技术能够与机器视觉与自动化技术结合，实现自动监测和定位，提高工作的智能化程度。 

本文从专利申请角度出发，对激光除草相关专利的申请量、分布和重点申请人及其重要研发技术等方面进行分析和梳理，旨在为激光除草技术的开发和应用提供思路。本文中对专利分析的基础为HimmPat 专利数据库中 2024 年 7 月 26 日前公开的激光除草技术相关专利。

1.1 专利申请发展趋势 

1.1.1 全球专利申请量趋势变化 

如图 1 所示，激光除草技术在全球范围内的专利申请量呈现出显著的增长趋势。在 2013 年之前，每年的专利申请量相对稳定，大约为 1~2 件。但是，自 2014 年起，申请量开始呈现出指数级的增长，这种增长态势一直持续到 2022、2023 年，申请量达到了前所未有的高峰。2024 年滑落这一现象可以归因于部分专利申请尚未公开，导致数据的暂时性下降。随着杂草识别技术、定位系统和激光技术的进步，激光除草技术已经成为全球农业科技领域中备受瞩目的研究热点和创新焦点。这表明，激光除草技术不仅在学术界引起了广泛关注，而且其商业潜力和应用前景也日益获得认可和挖掘。

                                         图 1 激光除草技术专利的全球申请量趋势 

1.1.2 中国专利申请量趋势变化 

如图 2 所展示的那样，中国在激光技术领域的专利申请量呈现出与全球趋势相一致的增长态势。尽管相较于全球，中国的起步稍晚，直到 2009 年才开始有相关专利的申请，但近年来的发展势头不容小觑。特别是在 2023 年，专利申请量实现了显著的增长，达到了历史最高点。这一跃升不仅凸显了激光技术在中国农业科技领域日益增长的重要性，也反映出该技术已成为国内科研和技术创新的热点之一。随着技术进步和市场需求的增加，激光除草技术在中国的研究和应用前景广阔，预示着其在未来农业现代化进程中将扮演更加关键的角色。

                                      图 2 激光除草技术专利的中国申请量趋势 

1.2 全球主要申请人申请量排名 

图 3 详细展示了在激光除草技术领域中，拥有3 件以上专利申请的创新主体。在这些主要申请人中，一些国际知名企业和学术机构表现突出，包括Carbon Robotics、Verdant Robotics、悉尼大学、二叶产业株式会社、拜耳公司、帕洛阿尔托研究中心、Centure Applications 和 Carbon Bee。特别值得注意的是，Carbon Robotics 在专利申请数量上遥遥领先，其申请量不仅位居榜首，而且显著超过其他竞争者，包括紧随其后的 Verdant Robotics 和悉尼大学。与此同时，中国在该领域的专利申请也呈现出积极的增长态势。国内的主要申请人包括西北农林科技大学、中国农业大学、内蒙古八爪智能科技有限公司、山东农业大学和江苏大学。与美国申请人主要为企业不同，中国的专利申请活动主要集中在高等教育机构，这反映了中国高校在推动激光除草技术研究和应用方面的积极作用和重要贡献。这种差异可能指向了不同国家在技术创新和知识产权保护方面的策略和重点。

                                        图 3 激光除草技术专利的主要申请人申请量排名 

1.3 全球专利申请的区域分布分析 

经过深入的统计分析，图 4 清晰地揭示了激光除草技术领域的专利申请区域分布。这一分布显示，美国、中国、欧洲、日本、澳大利亚、德国、丹麦、法国、巴西和印度等国家在该领域的专利申请活动尤为活跃。由图 5 可知：美国的专利申请量占据了显著的领先地位，占比高达 39.03%，紧随其后的是占比 26.13%的中国。此外，欧洲专利局的申请量也不容忽视，占比约为 6.13%。尤为引人注目的是，美国和中国的申请量合计达到了 65.16%，这一数字不仅凸显了 2 国在激光除草技术领域的研究和创新热情，也表明它们在全球激光除草技术发展中的领导地位。显然，美国和中国在推动激光除草技术进步和应用方面发挥着举足轻重的作用，其专利申请的总量甚至超过了其他国家的总和，这一现象值得业界和学术界的深入关注和研究。 

1.4 中国激光除草技术专利分析 

中国的专利申请主要集中在高等教育机构，而非企业，这与国际上的趋势形成鲜明对比。中国的主要申请人包括西北农林科技大学、中国农业大学、内蒙古八爪智能科技有限公司、山东农业大学和江苏大学等。这些机构在推动激光除草技术的研究和应用方面发挥了重要作用，并且部分专利已经获得授权，显示了中国在该技术领域的创新能力和实际应用潜力。

                                       图 4 激光除草技术专利申请的来源国分析 

如图 5 和表 1 显示，在激光除草技术领域，中国主要申请人西北农林科技大学以 4 项实用新型专利申请位居前列，并且集中在 2023 年申请，申请数量上虽较多但是创新水平上尚有提升空间。与此同时，中国农业大学展现了其在发明创新方面的显著成就，其 3 项发明专利申请中，有 2 项已经获得授权，申请年份分别为 2016、2023、2024 年。内蒙古八爪智能科技有限公司则在2024年提交了3项发明专利申请，目前这些申请均处于等待实质审查的阶段。 

山东农业大学也表现不俗，拥有 2 项发明专利申请(分别于 2021、2024 年提交)和 1 项实用新型专利，发明专利申请目前等待实质审查的阶段。江苏大学激光除草技术方面的专利申请最早，其 2 项发明专利申请(分别于 2009、2014 年提交)均已获得授权，此外还有 1 项实用新型专利。北京大学现代农业研究院和北京工业大学各自拥有 1 项发明专利和1 项实用新型专利，且发明专利均已授权。 

综合来看，中国农业大学和江苏大学在激光除草技术领域的专利申请和授权方面表现突出，成为国内该领域的主要创新力量。 

                                       图 5 中国主要申请人专利申请情况 

                                      表 1 主要申请人的激光除草技术专利情况

2.1 国外激光除草技术案例分析 

国外激光除草技术由一些国际知名企业主导，它们凭借多项专利申请，为农业杂草管理提供了创新解决方案，并开辟了新的增长路径。这些企业通过国际 PCT 申请，积极扩展全球市场，展现了它们在技术创新和市场扩张上的雄心与活力。

2.1.1 Carbon Robotics 公司 

如图 3 所示，作为全球激光除草技术领域专利申请量最大的 Carbon Robotics 公司，成立于 2018 年，总部位于美国西雅图，由 Paul Mikesell 创立。Mikesell 曾是 Uber AI Labs 的联合创始人和首席执行官。2021 年推出 LaserWeeder，其利用先进的 AI技术，结合高精度的激光系统，精准识别并清除田间杂草，彻底颠覆了传统的除草作业方式。该公司成功获得 NVIDIA(英伟达)旗下风险投资公司 NVentures的新一轮投资，用于进一步推动其人工智能农业解决方案的研发与应用。至 2023 年，Carbon Robotics的业绩显著增长，激光除草机的交付量增加了 2 倍。公司现已与美国各洲的知名种植者建立合作关系并将产品和技术扩展到欧洲和澳洲市场。截至目前，Carbon Robotics 已累计融资高达 8500 万美元[3]。 

Carbon Robotics 公司通过专利转让策略，成功获得了2016年申请的2项涉及机械臂激光切割技术的专利，专利号分别为 US10213923B2 和 US10265863B2。这一举措不仅丰富了公司的技术储备，也为后续的技术创新奠定了基础。 

同时，该公司在 2020 年提交了其首项激光除草技术的发明专利申请，专利名称为“自主激光除草”，专利号为 US11602143B2[4]，说明书见图 6。该专利的申请标志着 Carbon Robotics 正式进入激光除草技术领域，并展示出其在该领域的技术实力和创新愿景。为了扩大其全球市场的影响力，该公司还向世界知识产权组织(WIPO)提交了国际PCT 申请，进行了广泛的国际布局。涉及的国家和地区包括中国、中国香港、欧洲专利局、以色列、日本、澳大利亚、加拿大、韩国和印度。目前，除了在美国的发明专利申请已经获得授权外，进入其他国家的发明专利申请大多处于审查阶段。 

                                        图 6 US11602143B2 说明书附图 

US11602143B2 这件专利的最终授权技术方案详细描述了一种先进的瞄准系统，该系统专为瞄准表面上的目标而设计。该系统由预测模块和瞄准模块两大部分构成。预测模块包括一个预测相机，该相机被配置为在表面上成像并对预测相机视野内的目标进行定位。预测模块控制器负责将目标在预测相机视野中的位置转换为表面上的预测位置，并将其分配给瞄准模块，同时将预测位置信息传递给瞄准模块。瞄准模块则由瞄准模块控制器、光学控制系统和发射器组成。瞄准模块控制器接收来自预测模块的预测位置信息，并将其转换为制动器的位置 指令。光学控制系统负责将瞄准相机指向预测位置，并对与预测位置重叠的目标视野进行成像。瞄准模块控制器进一步确定目标在目标视野中的具体位置，发射器则根据这些信息沿光路发射光束。光学控制系统还负责接收瞄准模块控制器的位置信息，并利用制动器将光路精确引导至目标视场。在光路与目标准确对准时，发射器被激活以发射光束。 

总体而言，该瞄准系统通过预测模块的初步目标识别和定位，结合瞄准模块的精确瞄准和光束引导，实现了对目标的高效识别和处理。这一系统的设计不仅提高了激光除草的精确度和效率，也为激光除草技术的自动化和智能化提供了有力的技术支持。

继 Carbon Robotics 公司在激光除草技术领域的专利申请之后，2021 年 3 月 17 日，该公司进一步向世界知识产权组织(WIPO)提交了国际 PCT 申请，旨在进行全球性的专利布局。该申请涉及一项名为“用于点对点对象匹配和瞄准的系统和方法”的发明，其申请已覆盖中国、中国香港、欧洲专利局、日本、以色列、澳大利亚、加拿大和韩国等多个国家和地区，目前均处于审查阶段。该专利的核心在于一种创新的瞄准对象的方法，具体步骤包括：生成预测表示、在预测表示中识别目标对象、确定对象的预测位置、提供预测位置的定位表示、在目标表示中识别对象，以及基于目标表示确定对象的目标位置。该方法的提出，旨在提升目标识别的准确性和系统的整体性能。

同年，Carbon Robotics 公司还申请了另一项名为“高强度照明系统及其使用方法”的国际 PCT 专利(WO2023081135A1[5])，同样进行了全球布局，目前也处于审查中。该专利的创新之处在于其照明阵列的配置，旨在通过提供与环境照明相当或更亮的照明来照亮目标表面，从而提高杂草识别的准确性。这一技术的提出，不仅增强了系统的适应性，也为激光除草技术提供了更为可靠的视觉支持。 

2023 年，Carbon Robotics 公司再次提交了一项名为“用于物体识别和瞄准的点检测系统和方法”的专利申请(WO2023150023A1)，目前该申请已进入美国市场。该专利申请的核心在于一种计算机实现的方法，用于检测目标植物，重点在于利用计算机模型方法进行杂草的识别、跟踪、评估和瞄准。这一方法的提出，进一步推动了激光除草技术向自动化和智能化的方向发展。 

同日，Carbon Robotics 公司还提交了另一项名为“用于物体跟踪和位置预测的系统和方法”的专利申请(WO2023141144A1)，该申请目前已进入美国、加拿大、以色列和印度等国家。该专利关注的是物体的跟踪和位置预测，通过在移动体上耦合传感器的检测系统来实现对象的精确跟踪。这一技术的提出，为激光除草技术的动态目标识别和处理提供了新的解决方案。 

2.1.2 Verdant Robotics 公司 

与此同时，Verdant Robotics 公司，作为全球激光除草技术领域申请量排名第二的企业，同样致力于农业技术的创新。该公司专注于开发和应用农业机器人、自动化农业设备和精准农业技术，旨在提高农业生产效率并实现可持续农业发展。与 CarbonRobotics 公司专注于激光杂草根除技术不同，Verdant Robotics 公司更侧重于农业领域的综合技术创 新 。其 涉 及 激 光 除 草 的 主 要 专 利 申 请 包 括US20210192754A1、US11076589B1、US11399531B1和 US20230247928A1 等，这些专利申请中激光除草技术只是众多创新方案中的一部分，并非其关注的核心。这种多元化的技术布局，展示了 VerdantRobotics 公司在农业技术创新领域的广泛视野和深厚实力。

2.2 国内激光除草技术案例分析 

中国在激光除草技术领域的专利申请主要集中在高等教育机构，这与美国申请人主要是企业的情况有所不同，反映了中国高校在推动激光除草技术研究和应用方面的积极作用和重要贡献。这些技术成果不仅体现了中国在激光除草技术领域的实际应用潜力，也为未来农业现代化和可持续发展提供了有力的技术支持。 

如前所述，在对中国激光除草技术领域的主要申请人进行专利申请情况分析时，中国农业大学和江苏大学被确认为该领域的重点申请人。 

中国农业大学在 2016 年提交了一项专利申请(CN106561093A)，该申请涉及一种基于四自由度并联机构的激光除草机器人。该机器人设计用于通过高度和位移可调的激光器对杂草进行清除，旨在解决现有自动化除草装置在精准度和有效性方面的不足。尽管该申请因缺乏创造性而被驳回，但其创新尝试为后续研究提供了宝贵的经验。

2023 年，中国农业大学取得了显著的进展，成功获得了2 项授权专利：CN117158136B和CN117274566B。CN117158136B 专利提供了一种基于机械-激光协作的行内实时除草设备，该设备集成了除草车主体、三自由度被动式减震行走系统、可伸缩的太阳能转化系统、太阳能蓄电池、四自由度摄像头稳定系统、机械-激光组合式除草装置、控制箱、触摸屏及摄像头。而 CN117274566B 专利则基于深度学习技术和株间杂草分布状况，提出了一种实时除草方法，进一步推动了农业自动化技术的发展。

江 苏 大 学 在 2009 年 获 得 授 权 的 专 利 申 请(CN101589705B[6])提供了一种激光除草机器人，该机器人利用激光的热效应在作物行内及其周围区域进行除草。该技术方案包括一个主视觉系统，用于探测前方信息并引导自主移动小车沿作物行方向前进。同时，该系统还负责对杂草进行识别和定位，由控制系统根据草的位置信息控制小车沿作物行方向的前进运动。此外，通过横向移动装置控制聚焦透镜在垂直作物行方向的横向移动，确保激光光束准确聚焦于杂草上，利用激光产生的热效应将其割断或烧死。2014 年，江苏大学再次获得授权的专利申请(CN103766317B)基于激光点阵排列和聚焦结构设计，提供了一种全覆盖激光适时热伤田间除草的新方法，该方法以其高控制精度和全覆盖能力，为田间杂草的清除提供了新的解决方案。 

近期，哈尔滨工业大学机器人实验室与华工科技合作，成功研发出中国首台全天候智能激光除草机器人。相关专利申请(CN118318821A，申请日为2024 年)显示，该机器人主要采用液压系统驱动轮腿的升降，使 4 个轮腿能够根据实际地形情况产生协同作用，与地面保持平行。这一设计有效解决了现有激光除草装置在行驶过程中由于车身倾斜、颠簸或震动导致的数据处理不准确和对农作物幼苗的误伤问题，展现了其在复杂农业环境中的适应性和可靠性。 

本研究从专利申请的视角对激光除草技术进行了深入的分析与梳理。激光除草技术作为一种创新的农业管理策略，凭借其环境友好性、高效性、灵活性和自动化特性，正逐渐受到全球范围内的关注与重视。通过细致分析全球和中国在该领域的专利申请趋势，可以发现自 2014 年起，激光除草技术的专利申请量呈现显著的增长态势，尤其是近 2 年的申请量更是达到了历史新高，这一现象不仅反映了该技术领域的当前活跃度，也预示了其未来广阔的发展前景。 

在全球范围内，专利申请主要集中于美国、中国和欧洲等国家，其中，美国和中国的申请量合计超过了其他国家的总和，凸显了这 2 个国家在激光除草技术领域的研发活跃度。重点申请人如 CarbonRobotics、Verdant robotics 和悉尼大学等，通过其专利布局，展现了其在技术创新和市场扩张方面的雄心壮志。 

专利技术方面，Carbon Robotics 公司：作为全球激光除草技术领域的领军企业，Carbon Robotics公司在人工智能(AI)和高精度激光控制技术方面表现卓越。其专利技术主要集中在利用先进的 AI 技术进行杂草的精准识别和清除，通过高精度激光系统实现高效的除草作业。此外，该公司还通过国际 PCT申请，积极进行全球市场布局，显示了其在技术创新和市场扩张方面的雄心。中国农业大学和江苏大学，这 2 所中国高校在激光除草技术领域的专利申请显示了其在机械设计和自动化控制系统方面的创新能力。中国农业大学的专利技术侧重于机械-激光协作式除草设备和基于深度学习的实时除草方法，而江苏大学则在激光除草机器人和全覆盖激光适时热伤田间除草方法方面取得了突破。这些技术成果体现了中国在激光除草技术领域的实际应用潜力和创新实力。 

综上所述，激光除草技术的发展不仅为农业杂草管理提供了新的解决方案，也为相关企业和研究机构提供了新的增长点。随着技术的不断进步和应用的深入，预计激光除草技术将在未来农业发展中扮演更加重要的角色。未来的研究应进一步关注提高激光除草的精准度、降低成本以及增强系统的智能化、自动化和安全性水平，以推动该技术的商业化和规模化应用。同时，专利的申请和布局也应成为技术发展的重要战略组成部分，为技术创新提供法律保护和市场竞争优势。