撐起專利“保護傘” 工業(yè)機器人發(fā)展關鍵在創(chuàng)新

從全球專利申請趨勢來看，工業(yè)機器人相關技術的研發(fā)、應用經歷了20世紀50~70年代的萌芽期、70~90年代的初步發(fā)展期，如今已處于蓬勃發(fā)展階段。工業(yè)機器人專利申請雖伴有階段性回落，但總體呈現逐步上揚的態(tài)勢。

撐起專利“保護傘”工業(yè)機器人發(fā)展關鍵在創(chuàng)新

工業(yè)機器人作為現代工業(yè)發(fā)展的重要基礎，已經成為衡量一個國家制造水平和科技水平的重要標志。近年來，全球主要經濟體如美國、日本、歐盟紛紛加快推進工業(yè)機器人發(fā)展和應用步伐，以期在新一輪工業(yè)革命中占據制高點，保持或重獲制造業(yè)競爭優(yōu)勢。

專利是技術創(chuàng)新的載體，在當今知識經濟時代，亦是一種戰(zhàn)略性資源，在國際市場競爭中起著重要的作用。專利計量分析是采用數學、統(tǒng)計學研究方法，對來自專利文獻中大量的、零散的專利信息進行提取、整理、加工及組合，并且對其中有價值的情報信息進行定性描述和定量分析，以揭示隱含在其中的技術發(fā)展現狀和技術發(fā)展趨勢。

2016年3月，由中國科學院沈陽自動化研究所、中國科學院文獻情報中心、工業(yè)和信息化部電子科學技術情報研究所聯(lián)合承擔的工業(yè)和信息化部知識產權推進計劃項目—“工業(yè)機器人專利態(tài)勢分析與風險應對策略研究”順利通過驗收。該項目對工業(yè)機器人關鍵技術、重點應用領域、主要競爭區(qū)域的技術研發(fā)現狀、技術布局開展了全面、深入的剖析，項目成果旨在為政府主管部門把握工業(yè)機器人產業(yè)發(fā)展現狀提供科學依據，為進行工業(yè)機器人產業(yè)的前瞻性布局提供有效支撐，為制定我國工業(yè)機器人發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃提供重要的決策依據。同時，也將為我國工業(yè)機器人生產和制造企業(yè)全面、客觀地了解工業(yè)機器人研發(fā)和競爭態(tài)勢、瞄準市場定位、提升自主創(chuàng)新能力提供重要的參考依據。

本文對項目報告中的核心內容進行重點解讀。

全球概況

截至2015年11月，工業(yè)機器人領域全球專利申請量已超過8萬項。從全球專利申請趨勢來看，工業(yè)機器人相關技術的研發(fā)、應用經歷了20世紀50~70年代的萌芽期、70~90年代的初步發(fā)展期，如今已處于蓬勃發(fā)展階段。工業(yè)機器人專利申請雖伴有階段性回落，但總體呈現逐步上揚的態(tài)勢。

從專利申請（技術來源）、受理（技術流向）區(qū)域分布情況看，中國、日本、美國、韓國、德國既是工業(yè)機器人技術的研發(fā)主體，同時也是全球競爭最激烈的五大市場。以日本安川電機（YASKAWA）、日本發(fā)那科（FANUC）、瑞士ABB、德國庫卡（KUKA）為代表日企、歐企是工業(yè)機器人市場競爭的主角，我國申請人在工業(yè)機器人技術研發(fā)、產品制造等方面的專利申請量較少，在全球化競爭中處于劣勢。

關鍵技術（傳感控制）

傳感、控制系統(tǒng)擔當機器人的“感覺器官”和“大腦”，是機器人智能水平的關鍵所在。傳感控制技術作為工業(yè)機器人的核心關鍵技術，其發(fā)展歷程伴隨著工業(yè)機器人的更新?lián)Q代：

上世紀50~70年代的機器人屬于示教再現的工作方式。機器人具有記憶和存儲能力，只能按預編程序重復作業(yè)，運動控制指令由示教盒或操作者給定。此階段專利申請量較少：1954～1973年間專利申請量總計37項。

70年代后期~90年代，隨著視覺、力覺等傳感技術的融入，機器人對作業(yè)環(huán)境、作業(yè)對象具有一定程度的感知能力，工業(yè)機器人的控制方式通常稱為伺服控制。該階段出現了專利申請量的第一個“馬鞍形”曲線。1983年，工業(yè)機器人傳感控制技術全球專利申請量達353項，為該階段歷史峰值。

90年代至今的機器人，被稱為智能機器人，不僅具有比第二代機器人更加完善的環(huán)境感知能力，而且還具有類似人的思維、判斷、決策的能力，高度的適應性、自主性是第三代智能機器人的重要標志。2000年以后，工業(yè)機器人傳感控制技術領域專利申請一直呈持續(xù)增長的態(tài)勢，2015年達歷史峰值2030項。可以預測，在未來幾十年，傳感控制技術專利申請量將繼續(xù)保持快速增長的趨勢。

截至檢索日，工業(yè)機器人傳感控制技術全球專利總量為24485項。其中，日本是專利產出最多的國家，占比約38%，中國?美國次之。世界專利申請（WIPO）和歐洲專利申請（EPO）也占一定比例，這在一定程度上反映出發(fā)達國家在工業(yè)機器人核心關鍵技術上的全球化布局程度較高。

工業(yè)機器人傳感控制技術的研發(fā)重點包括：

1)綜合類：傳感、測量、控制方法（sensor、detect、controlmethod）、及計算機編程（computerprogram）、人機交互（userinterface）

2)控制硬件：伺服電機（servomotor）；視覺傳感器裝置（camera、imageinformationsensor）

3)控制軟件：數據生成、接收、存儲（signalgenerate、receive、store）；數據通信（communicationnetwork）；移動機器人控制如導航（guide）、路徑規(guī)劃（motionguide、pathplan）、地圖建立（mapplan）。

工業(yè)機器人的重點應用領域，具體包括：

1)綜合類：自動化生產線（automaticproductionline）

2)焊接領域：焊炬（weldtorch）；焊條、電極等（electrode）。

3)搬運領域：半導體器件如晶圓、液晶面板的運輸、搬運（semiconductortransfer、substratetransfer）

4)裝配領域：印刷電路板（circuitboard）中電子元器件的安裝

5)加工領域：金屬加工（metalcast）、合金線材制造（alloywiremanufacture）

近5年，以自動化生產線為主題的專利聚類愈加密集，反映出工業(yè)機器人自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流。

梳理傳感控制技術發(fā)展脈絡如下：

控制技術的演進歷程：在機械結構層面，上世紀90年代前經歷了單機械臂、腕關節(jié)、多臂控制等階段。隨著人工智能技術的不斷進步，研發(fā)熱點逐步向移動機器人、多機器人系統(tǒng)控制過渡。傳感技術的演進歷程：早期專利主要圍繞視覺、力覺等基本感知能力；隨著工業(yè)自動化程度的不斷提升，涌現出各種類型、各種用途的高端傳感器。近年來，傳感控制技術研發(fā)較多地集中在通信、協(xié)同作業(yè)等方向。

總體來看，日本、美國、德國在傳感控制技術領域部署了相當數量的核心專利，對關鍵技術的掌握占據絕對優(yōu)勢，為競爭對手留下的發(fā)展空間有限。