隨著工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大以及現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，人們對工業(yè)機器人性能的要求越來越高，以期進一步提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，因此高速、高精度、智能和模塊化成為目前工業(yè)機器人發(fā)展的主要趨勢。近年來全球工業(yè)機器人相關(guān)專利申請數(shù)量持續(xù)快速增長。該文基于湯森路透公司的Derwent Innovation Index數(shù)據(jù)庫，利用TDA、Excel等分析工具，對全球工業(yè)機器人相關(guān)專利進行了分析，揭示了全球工業(yè)機器人相關(guān)專利技術(shù)的研發(fā)和競爭態(tài)勢。
1、引言
工業(yè)機器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度機器人[1]。工業(yè)機器人綜合了計算機、控制論、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科，由操作機、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。工業(yè)機器人的產(chǎn)品分類方式多種多樣[2]。按臂部運動形式的不同，工業(yè)機器人可以分為4種：直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型和關(guān)節(jié)型。按照應(yīng)用領(lǐng)域的不同工業(yè)機器人可以分為：弧焊機器人、電焊機器人、噴涂機器人、碼垛機器人、搬運機器人、裝配機器人及檢測機器人等。
工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來越受到世界各國的高度關(guān)注，主要經(jīng)濟體紛紛將發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)上升為國家戰(zhàn)略，并以此作為保持和重獲制造業(yè)競爭優(yōu)勢的重要段。根據(jù)國際機器人聯(lián)合會(IFR)公布的全球工業(yè)機器人的銷量數(shù)據(jù)[3]來看，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了2009年的全球經(jīng)濟衰退后，從2010年開始逐漸復(fù)蘇。2014年全球工業(yè)機器人銷量為22.50萬臺，同比增速為26.31%，無論是銷量還是增速均創(chuàng)歷史新高。其中汽車行業(yè)和電子行業(yè)是工業(yè)機器人銷售量最高的兩個行業(yè)，焊接、搬運和裝配是工業(yè)機器人應(yīng)用最多的三大應(yīng)用功能。
全球機器人總銷量的70%集中在中國、韓國、日本、美國和德國這5個國家，并且中國已成為全球第一大工業(yè)機器人市場[3]。2005年至2014年期間，中國工業(yè)機器人的銷售量以年均25%左右的速度高速增長。2013年國際機器人聯(lián)合會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，韓國的工業(yè)機器人密度全球最高，達到437臺/萬人，日本為323臺/萬人，德國為282臺/萬人，美國為152臺/萬人。然而，子銳機器人維修，中國的工業(yè)機器人密度僅為30臺/萬人，遠低于國際平均水平。
本文通過對工業(yè)機器人領(lǐng)域的專利進行分析，揭示工業(yè)機器人技術(shù)研發(fā)布局及全球市場競爭態(tài)勢。專利數(shù)據(jù)檢索自湯森路透Derwent Innovations Index(DII)數(shù)據(jù)庫和Thomson Innovation(TI)數(shù)據(jù)庫，利用專利檢索策略1，共檢索到46482項專利文獻(檢索時間2015年10月)。專利數(shù)據(jù)分析工具包括湯森路透數(shù)據(jù)分析工具(Thomson Data Analyzer,TDA)、湯森路透創(chuàng)新專利分析平臺(Thomson Innovation,TI)以及Excel等。
2全球工業(yè)機器人專利技術(shù)分析
2.1全球?qū)＠麛?shù)量年度變化趨勢
全球最早的工業(yè)機器人專利申請始于1954年(圖1)，該專利由美國人喬治德沃爾申請，專利名稱為可編程的操作裝置。基于這項專利，喬治德沃爾聯(lián)合約瑟夫英格伯格在1959年生產(chǎn)出世界上第一臺工業(yè)機器人“Unimation robots”[2]。1950至1960年代的機器人基本都屬于“可編程的示教再現(xiàn)型機器人”[4]，即通過示教編程存儲作業(yè)程序的機器人。
1970年代至1980年代末期，專利數(shù)量飛快增長，并且出現(xiàn)了具有一定感覺功能和自適應(yīng)離線編程能力的“知覺判斷機器人”[4]。工業(yè)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?qū)＠季帧?/p>
從1990年代至今，工業(yè)機器人的專利申請量迅猛增長。此階段機器人帶有多種傳感器，能夠?qū)⒍喾N傳感器所得到的信息進行融合，能夠有效地適應(yīng)環(huán)境變化，具有很強的自適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)能力和自治功能。
工業(yè)機器人專利申請量前5位國家中(圖2)，美國最早開始工業(yè)機器人的研發(fā)，其研發(fā)活動可追溯到1950年代早期。日本和德國對工業(yè)機器人的專利申請晚了將近10年，直到1960年代末期才出現(xiàn)工業(yè)機器人技術(shù)的專利申請。中國和韓國都是于1980年代早期進入該研究領(lǐng)域。
美國作為最早進入工業(yè)機器人領(lǐng)域的國家，在工業(yè)機器人領(lǐng)域的專利申請漲幅不大，主要原因是美國政府擔憂工業(yè)機器人會造成失業(yè)率增加，一直以來并不鼓勵工業(yè)機器人的生產(chǎn)和利用[5]。日本在戰(zhàn)后勞動力日趨緊張的形勢下，政府大力扶持工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)以提高日本制造的效率和質(zhì)量[5]，因此日本在1970年代末期超過美國成為工業(yè)機器人專利申請的第一大國。經(jīng)過近40年的發(fā)展，日本企業(yè)基本占據(jù)了工業(yè)機器人的大部分市場，只有少數(shù)非日本的公司能在市場上有一席之地，如美國的AdeptTechnology公司、瑞士的St?ubli-Unimation公司、瑞典的ABB公司、德國的KUKA公司和意大利的Comau公司[2]。韓國和中國作為后起之秀，近10年來專利申請量增長迅猛，并且中國的專利申請量已超過日本位列第一位。
國內(nèi)最早的工業(yè)機器人專利申請始于1983年(圖3)。從此，中國對工業(yè)機器人攻關(guān)研發(fā)的序幕正式拉開。整個1980年代至1990年代，工業(yè)機器人的專利數(shù)量較少，子銳機器人維修，一方面由于我國工業(yè)機器人的研發(fā)實力有限，另一方面在于我國科研機構(gòu)和相關(guān)企業(yè)的專利保護意識薄弱。進入2000年后，我國制造業(yè)人口紅利逐漸消失，在國家相關(guān)政策及重大項目的支持下，我國工業(yè)機器人的專利申請量有了飛速增長。
2.2專利技術(shù)來源國和市場國
專利技術(shù)的來源國是指專利的最早優(yōu)先權(quán)國家，這里我們假定所有專利的最早優(yōu)先權(quán)國家都是本國。從專利技術(shù)的國家來源看(圖4)，日本的專利量位列第1，占總數(shù)的30%，中國和美國分別排在第2和第3位，分別占總數(shù)的22%和11%。東亞除日本和中國外，韓國的技術(shù)實力也相當雄厚。俄羅斯和韓國并列第5位。歐洲地區(qū)除了德國實力較強外，法國和瑞典也均進入專利申請的前10位國家。北美的加拿大以1%的占比排在第10位。
專利技術(shù)的市場國是指專利的同族專利申請國，常同族專利簇涉及的申請國家均是該專利技術(shù)的市場布局國家。從專利技術(shù)的市場分布來看(圖5)，專利市場主要分布于日本、中國、美國、德國、歐洲專利局、韓國、世界知識產(chǎn)權(quán)組織、俄羅斯、法國等。這也體現(xiàn)了日、中、美、韓是工業(yè)機器人的主要市場。
2.3專利申請量排名前20的申請人
