【盘点】工业机器人技术全球专利布局现状

导读

1920年捷克作家描写了名叫Robot的帮人干苦力的机器，它是最早的工业机器人设想。随着科学技术发展，1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，1958年申请了专利，1959年在美国诞生第一台工业机器人。五十多年来工业机器人经历了可编程示教再现型机器人、知觉判断机器人、智能机器人三个阶段，应用领域也逐渐从工业生产的民用领域转移到军事领域。

美、日、德等国在掌握机器人领域核心技术的同时，自20世纪60年代以来就致力于机器人技术领域的全球专利布局，以此巩固了在全球市场范围内的国际核心竞争力。本文旨在通过研究机器人领域的全球专利布局现状、在华专利申请现状以及主要竞争对手现状，从知识产权的角度揭示我国工业机器人技术发展的机遇与挑战。

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工业机器人领域全球专利申请概况

截至到2014年底，工业机器人技术领域的全球专利申请量已超过6万件，去掉重复的同族专利[1]后为3.5万余项。最早的专利申请出现在1958年，直到1985年后，专利申请数量才开始出现大幅度增长，主要原因是中国在1985年制定《专利法》后，工业机器人领域主要竞争对手十分注重中国市场，纷纷在中国进行专利布局。目前，工业机器人技术正处于高速发展期。

图1工业机器人技术领域全球专利申请趋势图

从技术发展历程来看，工业机器人技术共经历三大阶段：

第一阶段（1958年-1969年）可编程示教再现型机器人

工业机器人领域的第一件专利是美国人乔治德沃尔在1958年申请，名为可编程的操作装置。约瑟夫英格伯格对此专利很感兴趣，联合德沃尔在1959年共同制造了世界上第一台工业机器人称为Robot（中文译名机器人），即人手把着机械手，把应当完成的任务做一遍，机器人再按照事先教给它们的程序进行重复工作，主要用于工业生产的铸造、锻造、冲压、焊接等生产领域，特称为工业机器人。

第二阶段（1970年-1984年）知觉判断机器人

这阶段的工业机器人是具有一定的感觉功能和自适应能力的离线编程机器人，其特征是可以根据作业对象的状况改变作业内容，即所谓的知觉判断机器人。期间工业机器人四大家族：库卡、abb、安川、fanuc公司分别在1974年、1976年、1978年和1979年开始了全球专利布局。

第三阶段（1985年-至今）智能机器人

此阶段机器人带有多种传感器，能够将多种传感器得到的信息进行融合，能够有效的适应变化的环境，具有很强的自适应能力、学习能力和自治功能。2000年以后，美国、日本等国开始了智能军用机器人研究，并在2002年由美国波士顿公司和日本公司共同申请了第一件机械狗（BostonDynamicsBigDog）智能军用机器人专利，2004年在美国DRAPA/SPAWAR支持下申请了智能军用机器人专利。

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工业机器人领域专利受理量国家/地区分布

从工业机器人相关专利受理数量排名前六位国家/地区（专利受理机构，基于同族专利国）的排名情况可以看出，相关专利受理数量最多的国家/地区依次是：中国、日本、韩国、美国、欧洲专利局、世界知识产权组织。这也体现了中、日、韩、美是工业机器人的主要市场。

图2工业机器人领域专利受理量国家/地区分布

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工业机器人领域技术布局概况

下图给出了工业机器人领域的全球技术布局情况，专利大都分布在机械手的结构、控制、触摸、安全和程序控制技术，以及工业机器人的航道控制、自动控制、传输、多铰接爪臂技术。

图3工业机器人领域技术布局

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中国专利申请情况分析

我国工业机器人起步于1972年，其发展过程大致可分为三个阶段：1972年~1985年的萌芽期；1985年~2000年的技术研发期；2000年至今的产业化期。

图4工业机器人在中国的专利申请情况

目前我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内部分企业的生产线上；一批机器人技术的研究人才也涌现出来。部分军工企业、科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术、工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术、机器人软件的设计和编程技术、运动学和轨迹规划技术等技术，某些关键技术甚至已达到或接近世界先进水平。但是，在华专利申请数据显示，瑞士的ABB、日本的FANUC（发那科）、日本的YASKAWA（安川电机）、德国的kuka（库卡）已经在我国申请了大量专利，中国申请人集中在苏州工业园区职业技术学院、昆山市工业技术研究院、湖南大学、清华大学等高校，我国拥有技术优势的科研院所和企业反而不太关注工业机器人技术领域的专利布局。

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主要竞争对手概况

在民用领域，国际上占据了工业机器人绝大部分市场的四大家族：安川、FANUC、KUKA、ABB公司，自上世纪70年代中期开始了全球专利布局，并且逐年上升。同时，中国增长让全球领先的工业机器人巨头都把目光投向这块土地，不约而同的是，总部在瑞士的ABB、日本的FANUC（发那科）、日本的YASKAWA（安川电机）、德国的KUKA（库卡）都将其中国总部设在上海。目前，这四家企业在中国市场占有率总共达到八成以上，前三家在全球的机器人销量都突破了20万台。

在军用领域，由美国政府支持的军用机器人开发商占据了全球军用机器人市场的85％，欧洲占据15％，而中国仅为0.1%。军用机器人领军企业GeneralDynamics市场占有率为27%，诺格公司、洛克希德－马丁公司紧随其后。

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日本安川电机（Yaskawa）

1915年合资公司安川电机制作所成立。安川电机自1977研制出第一台全电动工业机器人以来，旗下拥有Motoman美国、瑞典、德国以及SyneticsSolutions美国公司等子公司，至今共生产13万多台机器人产品，而最近2年生产的机器人3万多台，超过了其他的机器人制造公司。2005年4月，该公司宣布将投资4亿日元，建造一个新的机器人制造厂，该公司每月工业机器人生产能力将达到2000台。安川公司在全球申请的机器人相关专利4505件，去掉重复的同族专利为1949项同族专利。

图5安川电机的专利申请情况

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日本FANUC

日本发那科公司(FANUC)创建于1956年，是当今世界上数控系统科研、设计、制造、销售实力最强大的企业，研发人员占公司总人数的1/3/。1974年，FANUC工业机器人问世基于伺服、数控基础，1976年投放市场。FANUC公司在全球申请的机器人相关专利5507件，去掉重复的同族专利为1476项同族专利。

图6发那科公司的专利申请情况

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德国KUKA