撐起專利“保護傘” 工業機器人發展關鍵在創新

　　撐起專利“保護傘”工業機器人發展關鍵在創新

　　工業機器人作為現代工業發展的重要基礎，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機器人發展和應用步伐，以期在新一輪工業革命中占據制高點，保持或重獲制造業競爭優勢。

　　專利是技術創新的載體，在當今知識經濟時代，亦是一種戰略性資源，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展現狀和技術發展趨勢。

　　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、工業和信息化部電子科學技術情報研究所聯合承擔的工業和信息化部知識產權推進計劃項目—“工業機器人專利態勢分析與風險應對策略研究”順利通過驗收。該項目對工業機器人關鍵技術、重點應用領域、主要競爭區域的技術研發現狀、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機器人產業發展現狀提供科學依據，為進行工業機器人產業的前瞻性布局提供有效支撐，為制定我國工業機器人發展戰略規劃提供重要的決策依據。同時，也將為我國工業機器人生產和制造企業全面、客觀地了解工業機器人研發和競爭態勢、瞄準市場定位、提升自主創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，工業機器人相關技術的研發、應用經歷了20世紀50~70年代的萌芽期、70~90年代的初步發展期，如今已處于蓬勃發展階段。工業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勢。

　　從專利申請（技術來源）、受理（技術流向）區域分布情況看，中國、日本、美國、韓國、德國既是工業機器人技術的研發主體，同時也是全球競爭最激烈的五大市場。以日本安川電機（YASKAWA）、日本發那科（fanuc）、瑞士abb、德國庫卡（kuka）為代表日企、歐企是工業機器人市場競爭的主角，我國申請人在工業機器人技術研發、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機器人的核心關鍵技術，其發展歷程伴隨著工業機器人的更新換代：

　　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，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，機器人對作業環境、作業對象具有一定程度的感知能力，工業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，工業機器人傳感控制技術領域專利申請一直呈持續增長的態勢，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保持快速增長的趨勢。

　　截至檢索日，工業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達國家在工業機器人核心關鍵技術上的全球化布局程度較高。

　　工業機器人傳感控制技術的研發重點包括：

　　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）、路徑規劃（motionguide、pathplan）、地圖建立（mapplan）。

　　工業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、多臂控制等階段。隨著人工智能技術的不斷進步，研發熱點逐步向移動機器人、多機器人系統控制過渡。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，傳感控制技術研發較多地集中在通信、協同作業等方向。

　　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勢，為競爭對手留下的發展空間有限。