【盤點】工業機器人技術全球專利布局現狀
導讀
1920年捷克作家描寫了名叫Robot的幫人干苦力的機器，它是最早的工業機器人設想。隨著科學技術發展，1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，1958年申請了專利，1959年在美國誕生第一臺工業機器人。五十多年來工業機器人經歷了可編程示教再現型機器人、知覺判斷機器人、智能機器人三個階段，應用領域也逐漸從工業生產的民用領域轉移到軍事領域。
美、日、德等國在掌握機器人領域核心技術的同時，自20世紀60年代以來就致力于機器人技術領域的全球專利布局，以此鞏固了在全球市場范圍內的國際核心競爭力。本文旨在通過研究機器人領域的全球專利布局現狀、在華專利申請現狀以及主要競爭對手現狀，從知識產權的角度揭示我國工業機器人技術發展的機遇與挑戰。
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工業機器人領域全球專利申請概況
截至到2014年底，工業機器人技術領域的全球專利申請量已超過6萬件，去掉重復的同族專利[1]后為3.5萬余項。最早的專利申請出現在1958年，直到1985年后，專利申請數量才開始出現大幅度增長，主要原因是中國在1985年制定《專利法》后，工業機器人領域主要競爭對手十分注重中國市場，紛紛在中國進行專利布局。目前，工業機器人技術正處于高速發展期。
圖1工業機器人技術領域全球專利申請趨勢圖
從技術發展歷程來看，工業機器人技術共經歷三大階段：
第一階段（1958年-1969年）可編程示教再現型機器人
工業機器人領域的第一件專利是美國人喬治德沃爾在1958年申請，名為可編程的操作裝置。約瑟夫英格伯格對此專利很感興趣，聯合德沃爾在1959年共同制造了世界上第一臺工業機器人稱為Robot（中文譯名機器人），即人手把著機械手，把應當完成的任務做一遍，機器人再按照事先教給它們的程序進行重復工作，主要用于工業生產的鑄造、鍛造、沖壓、焊接等生產領域，特稱為工業機器人。
第二階段（1970年-1984年）知覺判斷機器人
這階段的工業機器人是具有一定的感覺功能和自適應能力的離線編程機器人，其特征是可以根據作業對象的狀況改變作業內容，即所謂的知覺判斷機器人。期間工業機器人四大家族：庫卡、abb、安川、fanuc公司分別在1974年、1976年、1978年和1979年開始了全球專利布局。
第三階段（1985年-至今）智能機器人
此階段機器人帶有多種傳感器，能夠將多種傳感器得到的信息進行融合，能夠有效的適應變化的環境，具有很強的自適應能力、學習能力和自治功能。2000年以后，美國、日本等國開始了智能軍用機器人研究，并在2002年由美國波士頓公司和日本公司共同申請了第一件機械狗（BostonDynamicsBigDog）智能軍用機器人專利，2004年在美國DRAPA/SPAWAR支持下申請了智能軍用機器人專利。
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工業機器人領域專利受理量國家/地區分布
從工業機器人相關專利受理數量排名前六位國家/地區（專利受理機構，基于同族專利國）的排名情況可以看出，相關專利受理數量最多的國家/地區依次是：中國、日本、韓國、美國、歐洲專利局、世界知識產權組織。這也體現了中、日、韓、美是工業機器人的主要市場。
圖2工業機器人領域專利受理量國家/地區分布
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工業機器人領域技術布局概況
下圖給出了工業機器人領域的全球技術布局情況，專利大都分布在機械手的結構、控制、觸摸、安全和程序控制技術，以及工業機器人的航道控制、自動控制、傳輸、多鉸接爪臂技術。
圖3工業機器人領域技術布局
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中國專利申請情況分析
我國工業機器人起步于1972年，其發展過程大致可分為三個階段：1972年~1985年的萌芽期；1985年~2000年的技術研發期；2000年至今的產業化期。
圖4工業機器人在中國的專利申請情況
目前我國已生產出部分機器人關鍵元器件，開發出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業機器人。一批國產工業機器人已服務于國內部分企業的生產線上；一批機器人技術的研究人才也涌現出來。部分軍工企業、科研機構和企業已掌握了工業機器人操作機的優化設計制造技術、工業機器人控制、驅動系統的硬件設計技術、機器人軟件的設計和編程技術、運動學和軌跡規劃技術等技術，某些關鍵技術甚至已達到或接近世界先進水平。但是，在華專利申請數據顯示，瑞士的ABB、日本的FANUC（發那科）、日本的YASKAWA（安川電機）、德國的kuka（庫卡）已經在我國申請了大量專利，中國申請人集中在蘇州工業園區職業技術學院、昆山市工業技術研究院、湖南大學、清華大學等高校，我國擁有技術優勢的科研院所和企業反而不太關注工業機器人技術領域的專利布局。
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主要競爭對手概況
在民用領域，國際上占據了工業機器人絕大部分市場的四大家族：安川、FANUC、KUKA、ABB公司，自上世紀70年代中期開始了全球專利布局，并且逐年上升。同時，中國增長讓全球領先的工業機器人巨頭都把目光投向這塊土地，不約而同的是，總部在瑞士的ABB、日本的FANUC（發那科）、日本的YASKAWA（安川電機）、德國的KUKA（庫卡）都將其中國總部設在上海。目前，這四家企業在中國市場占有率總共達到八成以上，前三家在全球的機器人銷量都突破了20萬臺。
在軍用領域，由美國政府支持的軍用機器人開發商占據了全球軍用機器人市場的85％，歐洲占據15％，而中國僅為0.1%。軍用機器人領軍企業GeneralDynamics市場占有率為27%，諾格公司、洛克希德－馬丁公司緊隨其后。
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日本安川電機（Yaskawa）
1915年合資公司安川電機制作所成立。安川電機自1977研制出第一臺全電動工業機器人以來，旗下擁有Motoman美國、瑞典、德國以及SyneticsSolutions美國公司等子公司，至今共生產13萬多臺機器人產品，而最近2年生產的機器人3萬多臺，超過了其他的機器人制造公司。2005年4月，該公司宣布將投資4億日元，建造一個新的機器人制造廠，該公司每月工業機器人生產能力將達到2000臺。安川公司在全球申請的機器人相關專利4505件，去掉重復的同族專利為1949項同族專利。
圖5安川電機的專利申請情況
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日本FANUC
日本發那科公司(FANUC)創建于1956年，是當今世界上數控系統科研、設計、制造、銷售實力最強大的企業，研發人員占公司總人數的1/3/。1974年，FANUC工業機器人問世基于伺服、數控基礎，1976年投放市場。FANUC公司在全球申請的機器人相關專利5507件，去掉重復的同族專利為1476項同族專利。
圖6發那科公司的專利申請情況
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德國KUKA