撑起专利“保护伞” 工业机器人发展关键在创新

　　撑起专利“保护伞”工业机器人发展关键在创新

　　工业机器人作为现代工业发展的重要基础，已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。近年来，全球主要经济体如美国、日本、欧盟纷纷加快推进工业机器人发展和应用步伐，以期在新一轮工业革命中占据制高点，保持或重获制造业竞争优势。

　　专利是技术创新的载体，在当今知识经济时代，亦是一种战略性资源，在国际市场竞争中起着重要的作用。专利计量分析是采用数学、统计学研究方法，对来自专利文献中大量的、零散的专利信息进行提取、整理、加工及组合，并且对其中有价值的情报信息进行定性描述和定量分析，以揭示隐含在其中的技术发展现状和技术发展趋势。

　　2016年3月，由中国科学院沈阳自动化研究所、中国科学院文献情报中心、工业和信息化部电子科学技术情报研究所联合承担的工业和信息化部知识产权推进计划项目—“工业机器人专利态势分析与风险应对策略研究”顺利通过验收。该项目对工业机器人关键技术、重点应用领域、主要竞争区域的技术研发现状、技术布局开展了全面、深入的剖析，项目成果旨在为政府主管部门把握工业机器人产业发展现状提供科学依据，为进行工业机器人产业的前瞻性布局提供有效支撑，为制定我国工业机器人发展战略规划提供重要的决策依据。同时，也将为我国工业机器人生产和制造企业全面、客观地了解工业机器人研发和竞争态势、瞄准市场定位、提升自主创新能力提供重要的参考依据。

　　本文对项目报告中的核心内容进行重点解读。

　　全球概况

　　截至2015年11月，工业机器人领域全球专利申请量已超过8万项。从全球专利申请趋势来看，工业机器人相关技术的研发、应用经历了20世纪50~70年代的萌芽期、70~90年代的初步发展期，如今已处于蓬勃发展阶段。工业机器人专利申请虽伴有阶段性回落，但总体呈现逐步上扬的态势。

　　从专利申请（技术来源）、受理（技术流向）区域分布情况看，中国、日本、美国、韩国、德国既是工业机器人技术的研发主体，同时也是全球竞争最激烈的五大市场。以日本安川电机（YASKAWA）、日本发那科（fanuc）、瑞士abb、德国库卡（kuka）为代表日企、欧企是工业机器人市场竞争的主角，我国申请人在工业机器人技术研发、产品制造等方面的专利申请量较少，在全球化竞争中处于劣势。

　　关键技术（传感控制）

　　传感、控制系统担当机器人的“感觉器官”和“大脑”，是机器人智能水平的关键所在。传感控制技术作为工业机器人的核心关键技术，其发展历程伴随着工业机器人的更新换代：

　　上世纪50~70年代的机器人属于示教再现的工作方式。机器人具有记忆和存储能力，只能按预编程序重复作业，运动控制指令由示教盒或操作者给定。此阶段专利申请量较少：1954～1973年间专利申请量总计37项。

　　70年代后期~90年代，随着视觉、力觉等传感技术的融入，机器人对作业环境、作业对象具有一定程度的感知能力，工业机器人的控制方式通常称为伺服控制。该阶段出现了专利申请量的第一个“马鞍形”曲线。1983年，工业机器人传感控制技术全球专利申请量达353项，为该阶段历史峰值。

　　90年代至今的机器人，被称为智能机器人，不仅具有比第二代机器人更加完善的环境感知能力，而且还具有类似人的思维、判断、决策的能力，高度的适应性、自主性是第三代智能机器人的重要标志。2000年以后，工业机器人传感控制技术领域专利申请一直呈持续增长的态势，2015年达历史峰值2030项。可以预测，在未来几十年，传感控制技术专利申请量将继续保持快速增长的趋势。

　　截至检索日，工业机器人传感控制技术全球专利总量为24485项。其中，日本是专利产出最多的国家，占比约38%，中国、美国次之。世界专利申请（WIPO）和欧洲专利申请（EPO）也占一定比例，这在一定程度上反映出发达国家在工业机器人核心关键技术上的全球化布局程度较高。

　　工业机器人传感控制技术的研发重点包括：

　　1)综合类：传感、测量、控制方法（sensor、detect、controlmethod）、及计算机编程（computerprogram）、人机交互（userinterface）

　　2)控制硬件：伺服电机（servomotor）；视觉传感器装置（camera、imageinformationsensor）

　　3)控制软件：数据生成、接收、存储（signalgenerate、receive、store）；数据通信（communicationnetwork）；移动机器人控制如导航（guide）、路径规划（motionguide、pathplan）、地图建立（mapplan）。

　　工业机器人的重点应用领域，具体包括：

　　1)综合类：自动化生产线（automaticproductionline）

　　2)焊接领域：焊炬（weldtorch）；焊条、电极等（electrode）。

　　3)搬运领域：半导体器件如晶圆、液晶面板的运输、搬运（semiconductortransfer、substratetransfer）

　　4)装配领域：印刷电路板（circuitboard）中电子元器件的安装

　　5)加工领域：金属加工（metalcast）、合金线材制造（alloywiremanufacture）

　　近5年，以自动化生产线为主题的专利聚类愈加密集，反映出工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流。

　　梳理传感控制技术发展脉络如下：

　　控制技术的演进历程：在机械结构层面，上世纪90年代前经历了单机械臂、腕关节、多臂控制等阶段。随着人工智能技术的不断进步，研发热点逐步向移动机器人、多机器人系统控制过渡。传感技术的演进历程：早期专利主要围绕视觉、力觉等基本感知能力；随着工业自动化程度的不断提升，涌现出各种类型、各种用途的高端传感器。近年来，传感控制技术研发较多地集中在通信、协同作业等方向。

　　总体来看，日本、美国、德国在传感控制技术领域部署了相当数量的核心专利，对关键技术的掌握占据绝对优势，为竞争对手留下的发展空间有限。