智能手环专利技术综述

贾佳 张文英

【摘 要】现代人对健康状况愈发关注，伴随着微型化智能技术发展，智能手环亦随之日新月异。本文立足于专利文献，对有关智能手环的全球专利申请进行分析，介绍了国内外重要申请人的关键技术，为相关领域的专利审查工作提供技术支持，同时也为相关的企业和研究机构提供了相关指引。

【关键词】可穿戴；智能手环；专利分析

中图分类号： F416.6 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）21-0014-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.006

【Abstract】Modern people pay more and more attention to the health condition， along with the development of the miniaturized intelligent technology，the intelligent bracelet also changes rapidly.Based on the patent literature，this paper analyzes the global patent applications for smart bracelets，introduces the key technologies of important applicants at home and abroad，and provides technical support for patent review work in related fields.At the same time，it also provides relevant guidelines for related companies and research institutions.

【Key words】Wearable；Smart bracelet；Patent analysis

1 技术概述

伴随着微型智能化技术的迅猛发展，近年来可穿戴设备越发受到大众欢迎，美国最先在市场上推出智能手环，一經推出就受到热捧，随即风靡全世界，加速诱发专家聚焦和用户体检，正在潜移默化地影响着我们的健康理念和生活品味。

本文立足于专利分析，着重对智能手环的发展脉络进行研究梳理，为智能手环的研发、专利申请提供支撑和参考。

2 专利申请整体状况分析

2.1 全球历年专利申请量

首先，对有关智能手环的历年专利申请文件进行全面检索和统计分析，结果如图1所示。检索时间限截止到2018年6月22日，其中，由于专利文献从提出申请到向公众公开有时间的延后，因此对于以下分析图中有关2017年和2018年申请量的下降曲线不排除是由于样本数据的不完整造成的。

由图1可知，在全球范围内，智能手环专利技术发展至今，大致经历了三个发展阶段：

萌芽阶段（1990-2000年）：这个时期，智能手环的概念刚刚被提出，关乎其性能的数据处理器、通信网络以及传感器等相关技术仍然不能满足商用的条件，企业对其研发和制造的热情不高，属于技术的萌芽阶段。

发展期（2001-2012年）：伴随着计算机和网络技术的发展，该阶段关于智能手环的申请量有逐年上升的趋势。Fitbit公司于2009年推出了它们的第一款产品：一个U型夹子的健康追踪器，用来记录运动和睡眠数据。自此之后，越来越多的科技公司将目光投向这个领域，但是由于受限于成本因素和传感器精度影响，消费市场还未全面打开，此后5年其专利申请量增长相对较慢，但呈现出稳定的增长趋势。

急速增长期（2013年至今）：随着数据处理技术以及传感器技术的快速发展，2013-2017年间，智能手环的申请量呈井喷之势增长，可穿戴智能手环的热潮迅速被掀起，各互联网公司、体育行业公司以及各创业公司，都纷纷将目光投向这个领域。

相比较于国外，国内智能手环技术起步较晚，2013年以前几乎没有几篇专利申请，这是由于早期国内智能手环市场较小，国外申请人对中国市场不够重视。2014年之后，随着智能手环的飞速发展，以及国内技术和中国经济的增长，国内专利申请量开始有了相对较快的增长，出现了与全球申请量增长趋势一致的增长速度。

2.2 国外主要申请人排名

图2示出了国外主要申请人在智能手环领域申请专利的情况。从排名前10位的企业来看，主要来自美国、日本和韩国。其中，三星公司在智能手环方面投入了很多精力，专利申请量居世界首位；Fibit、Aliphcom（Jawbone母公司）以及Nike公司均是老牌的智能手环制造商，其产品Fitbit Force、Jawbone UP以及NIKE+均是智能手环的鼻祖产品；苹果、LG和索尼公司，这些传统的大型IT公司也非常积极地进入可穿戴智能手环领域。

2.3 国内主要申请人排名

图3示出了国内主要申请人在智能手环领域的申请专利情况。小米公司在智能手环领域表现突出，研究方向涉及传感器、显示器、数据处理等多个方面，专利申请量居国内首位；小天才将智能手环的目标群体定位为儿童，主要针对手环的定位追踪、防水以及报警功能做出改进，销售市场大，专利申请量位居第二的位置；京东方主要聚焦在智能手环的显示领域，其专利技术主要涉及智能手环的显示面板的制造和驱动。此外，一些创新型企业，比如歌尔、埃微和乐心等，在专利申请量上也占有一定的优势。

3 技术分支及其发展状况

根据对智能手环技术背景的了解以及专利文献的解读，确定其技术分支为：传感器技术、显示技术和提高续航时间技术。传感器技术主要完成生理监测（包括睡眠、心率、体温、血压等）和环境感知（包括温度、湿度、光亮、压力等）；智能穿戴设备中的常见显示技术包括薄膜电晶体显示器、有机发光二极管和电子纸等，目前日本半导体实验室、三星、苹果等商业巨头正在积极开发并推进可弯曲的柔性屏幕；此外，在智能穿戴技术里，如何提高设备的续航时间也是关注的重点。

4 国内外申请人技术路线分析

4.1 国外重要申请人技术路线分析

国外申请人在智能手环领域的专利文献具有申请量大、申请时间早、核心技术多的特点和优势。其中，Fitbit的专利布局较早，从公司创建初期至今专利申请数量一直稳步增长。而三星作为老牌的大型电子公司，近年来对智能手环的研发持续投入，保持稳定的申请量。通过分析以上2位国外申请人专利文献中的关键技术，有利于掌握行业的技术发展脉络和发展方向。

4.1.1 Fitbit

Fibit从2007年成立以来一直致力于智能手环和手表等可穿戴设备的研究，专利申请一直比较活跃。

传感器的设置和分布与用户体征的监测有直接关系，传感器技术是Fitbit公司比较关注的。其中， US2014036643A通过设置环境传感器来检测在手环外壳表面上施加的物理接触；US20150027523A利用心率传感器和移动检测传感器生成使用者的心跳波形；US20170209055A通过使用光电容积脉搏波（PPG）传感器对穿戴者的脉搏波进行分析，进而获取用户活动状态。

为了提高续航时间，US9675281A提到基于检测到使用者的状态，当手环作为跟踪设备使用时，转换到休眠状态，通过改变传感器的功耗可降低功率消耗，达到省电目的；US20160036118A通过无线充电的方式缓解了智能手环的续航问题；US9891595A通过优化向用户显示图像的方式，减少显示器的能源消耗，增强了手环的电池寿命。

4.1.2 三星

三星公司早在2000年已经开始进行智能手环设备的技术研发，目前已经有多款产品面世，并广受欢迎。

在传感器方面，EP2733581A在智能手环上设置有光学传感器，处理器与光学传感器进行通信用于拍摄外部图像；US2015335283A中设置有心电图（ECG）传感器以及生物传感器（例如，脉搏、体温、血压、体脂等），用于获取佩戴者的心电图并对其进行分析；KR20160128378A将各种传感器进行组合，深度或邻近传感器用于检测何时用户的手、手指或脸靠近了显示器，惯性传感器可用于激活或解锁设备，以及检测一个或多个手势；触觉输入的传感器，可向用户提供触觉反馈。

在显示技术方面，WO2017116095A涉及智能手环的柔性显示器，处理器将信息传送至显示屏中的显示区域。

关于提高续航时间，KR20160105396A通过将可移除次电源耦合到电路，利用次电力对主电源充电，延长设备被穿戴的时间；WO2017074064A通过改变智能手环内线圈的排列布置结构，减少无线通信时的能量损耗。

4.2 国内重要申请人技术路线分析

在国内，小米公司2014年才开始涉足智能手环设备，虽然在该领域的起步较晚，但是十分重视专利，与技术研发同步进行专利申请，布局专利保护，保证市场竞争力。此外，深圳埃微信息技术有限公司，虽然是新兴企业，但其在智能手环领域的技术贡献也是可圈可点。

4.2.1 小米

小米科技有限公司2014年涉足智能手环领域，以其技术和价格的优势，迅速占据国内智能手环市场首位，其在智能手环领域专利申请涉及的技术也是比较全面的。

在传感器方面，CN104158946A中设置有距离传感器，判断智能手环和绑定的手机之间的距离小于预设距离阈值时，才运行手机；CN104639966A中设置有各种传感器，比如重力加速度传感器、陀螺仪传感器等，智能手环通过内置传感器采集用户动作所产生的动作数据，比如手势识别等；CN105768405A中设置有光传感器，可以通过传感器的感光度值获取当前环境的光线情况，如果当前环境的光线情况满足预设的亮度触发条件，则开启目标灯具。

关于提高续航时间，CN104223612A通过控制环形本体中的环形导电线圈作切割磁力线运动，产生感应电流，并用蓄电模块将感应电流储存起来，无需连接充电线、无需原始电源即可实现对智能手环的充电；CN105404382A根据智能手环检测到的用户行为状态信息来自动开启对应的省电模式，达到省电目的。

显示技术方面，CN105977280通过在曲面基底上依次形成薄膜晶体管、有机发光层和封装结构来构成显示装置，各层结构均可以制作的较薄，易于形成弯曲的显示装置。

4.2.2 深圳埃微信息技术有限公司

深圳埃微信息技术有限公司在智能手环方面的研究比较全面，旗下产品埃微蛋卷系列手环以及i6系列手环等均已面世。其中CN106385481A公开一种能语音控制的智能手环，包括骨传导模块，通過骨传导模块能更便捷、更清晰的接听电话；CN106340246A涉及智能手环弯曲显示屏的显示方法，根据多个显示区域在弯曲显示屏上的位置以及多个注视角阈值范围确定弯曲显示屏的显示参数，对用户观看角度较佳的显示区域进行高质量的图像显示，降低对观看角度不佳的显示区域的图像显示质量。

5 趋势预测

智能手环在提高人们生活品质、促进生活方式智能化方面起到了很重要的作用，随着传感器技术的发展，各类新型传感器将不断呈现，将各种新型传感器应用到智能手环上，实现更精确感测、更快速响应、更丰富操作，是研究的一个重要方向；同时，随着柔性显示技术的日趋完善，可弯曲柔性屏幕也将是智能穿戴设备的研究热点。

此外，目前市面上的智能手环大多数仅涉及监测睡眠、运动提醒、智能闹钟等基础功能，目前很少有专门针对用户治疗身体的手环，因此一款医疗级别的健康手环，也将会是未来智能手环的一个重要发展方向。

6 结语

目前，国内外对智能手环技术的研究已取得一定进展，通过本文的分析，有助于相关领域的企业以及科研机构了解智能手环技术的专利发展现状，同时可以使相关领域的企业和科研机构能够在了解现有专利状况的基础上寻找新的突破口，加强创新，推动智能手环技术的发展。

【参考文献】

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