【盤點】工業(yè)機器人技術(shù)全球?qū)＠季脂F(xiàn)狀
導(dǎo)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(yè)機器人設(shè)想。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)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(yè)機器人。五十多年來工業(yè)機器人經(jīng)歷了可編程示教再現(xiàn)型機器人、知覺判斷機器人、智能機器人三個階段，應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸從工業(yè)生產(chǎn)的民用領(lǐng)域轉(zhuǎn)移到軍事領(lǐng)域。
美、日、德等國在掌握機器人領(lǐng)域核心技術(shù)的同時，自20世紀(jì)60年代以來就致力于機器人技術(shù)領(lǐng)域的全球?qū)＠季�，以此鞏固了在全球市場范圍�?nèi)的國際核心競爭力。本文旨在通過研究機器人領(lǐng)域的全球?qū)＠季脂F(xiàn)狀、在華專利申請現(xiàn)狀以及主要競爭對手現(xiàn)狀，從知識產(chǎn)權(quán)的角度揭示我國工業(yè)機器人技術(shù)發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)。
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工業(yè)機器人領(lǐng)域全球?qū)＠暾埜艣r
截至到2014年底，工業(yè)機器人技術(shù)領(lǐng)域的全球?qū)＠暾埩恳殉^6萬件，去掉重復(fù)的同族專利[1]后為3.5萬余項。最早的專利申請出現(xiàn)在1958年，直到1985年后，專利申請數(shù)量才開始出現(xiàn)大幅度增長，主要原因是中國在1985年制定《專利法》后，工業(yè)機器人領(lǐng)域主要競爭對手十分注重中國市場，紛紛在中國進(jìn)行專利布局。目前，工業(yè)機器人技術(shù)正處于高速發(fā)展期。
圖1工業(yè)機器人技術(shù)領(lǐng)域全球?qū)＠暾堏厔輬D
從技術(shù)發(fā)展歷程來看，工業(yè)機器人技術(shù)共經(jīng)歷三大階段：
第一階段（1958年-1969年）可編程示教再現(xiàn)型機器人
工業(yè)機器人領(lǐng)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(lián)合德沃爾在1959年共同制造了世界上第一臺工業(yè)機器人稱為Robot（中文譯名機器人），即人手把著機械手，把應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)做一遍，機器人再按照事先教給它們的程序進(jìn)行重復(fù)工作，主要用于工業(yè)生產(chǎn)的鑄造、鍛造、沖壓、焊接等生產(chǎn)領(lǐng)域，特稱為工業(yè)機器人。
第二階段（1970年-1984年）知覺判斷機器人
這階段的工業(yè)機器人是具有一定的感覺功能和自適應(yīng)能力的離線編程機器人，其特征是可以根據(jù)作業(yè)對象的狀況改變作業(yè)內(nèi)容，即所謂的知覺判斷機器人。期間工業(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>
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?qū)⒍喾N傳感器得到的信息進(jìn)行融合，能夠有效的適應(yīng)變化的環(huán)境，具有很強的自適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)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(yè)機器人領(lǐng)域?qū)＠芾砹繃?地區(qū)分布
從工業(yè)機器人相關(guān)專利受理數(shù)量排名前六位國家/地區(qū)（專利受理機構(gòu)，基于同族專利國）的排名情況可以看出，相關(guān)專利受理數(shù)量最多的國家/地區(qū)依次是：中國、日本、韓國、美國、歐洲專利局、世界知識產(chǎn)權(quán)組織。這也體現(xiàn)了中、日、韓、美是工業(yè)機器人的主要市場。
圖2工業(yè)機器人領(lǐng)域?qū)＠芾砹繃?地區(qū)分布
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工業(yè)機器人領(lǐng)域技術(shù)布局概況
下圖給出了工業(yè)機器人領(lǐng)域的全球技術(shù)布局情況，專利大都分布在機械手的結(jié)構(gòu)、控制、觸摸、安全和程序控制技術(shù)，以及工業(yè)機器人的航道控制、自動控制、傳輸、多鉸接爪臂技術(shù)。
圖3工業(yè)機器人領(lǐng)域技術(shù)布局
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中國專利申請情況分析
我國工業(yè)機器人起步于1972年，其發(fā)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(shù)研發(fā)期；2000年至今的產(chǎn)業(yè)化期。
圖4工業(yè)機器人在中國的專利申請情況
目前我國已生產(chǎn)出部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機器人。一批國產(chǎn)工業(yè)機器人已服務(wù)于國內(nèi)部分企業(yè)的生產(chǎn)線上；一批機器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來。部分軍工企業(yè)、科研機構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機器人操作機的優(yōu)化設(shè)計制造技術(shù)、工業(yè)機器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的硬件設(shè)計技術(shù)、機器人軟件的設(shè)計和編程技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)等技術(shù)，某些關(guān)鍵技術(shù)甚至已達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平。但是，在華專利申請數(shù)據(jù)顯示，瑞士的ABB、日本的FANUC（發(fā)那科）、日本的YASKAWA（安川電機）、德國的kuka（庫卡）已經(jīng)在我國申請了大量專利，中國申請人集中在蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院、昆山市工業(yè)技術(shù)研究院、湖南大學(xué)、清華大學(xué)等高校，我國擁有技術(shù)優(yōu)勢的科研院所和企業(yè)反而不太關(guān)注工業(yè)機器人技術(shù)領(lǐng)域的專利布局。
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主要競爭對手概況
在民用領(lǐng)域，國際上占據(jù)了工業(yè)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(jì)70年代中期開始了全球?qū)＠季�，并且逐年上升。同時，中國增長讓全球領(lǐng)先的工業(yè)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(fā)那科）、日本的YASKAWA（安川電機）、德國的KUKA（庫卡）都將其中國總部設(shè)在上海。目前，這四家企業(yè)在中國市場占有率總共達(dá)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(lǐng)域，由美國政府支持的軍用機器人開發(fā)商占據(jù)了全球軍用機器人市場的85％，歐洲占據(jù)15％，而中國僅為0.1%。軍用機器人領(lǐng)軍企業(yè)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(yè)機器人以來，旗下?lián)碛蠱otoman美國、瑞典、德國以及SyneticsSolutions美國公司等子公司，至今共生產(chǎn)13萬多臺機器人產(chǎn)品，而最近2年生產(chǎn)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(yè)機器人生產(chǎn)能力將達(dá)到2000臺。安川公司在全球申請的機器人相關(guān)專利4505件，去掉重復(fù)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(fā)那科公司(FANUC)創(chuàng)建于1956年，是當(dāng)今世界上數(shù)控系統(tǒng)科研、設(shè)計、制造、銷售實力最強大的企業(yè)，研發(fā)人員占公司總?cè)藬?shù)的1/3/。1974年，F(xiàn)ANUC工業(yè)機器人問世基于伺服、數(shù)控基礎(chǔ)，1976年投放市場。FANUC公司在全球申請的機器人相關(guān)專利5507件，去掉重復(fù)的同族專利為1476項同族專利。
圖6發(fā)那科公司的專利申請情況
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德國KUKA