机器人技术领域专利现状分析及启示.docx
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机器人技术领域专利现状分析及启示
机器人技术领域专利现状分析及启示
机器人技术领域专利现状分析及启示【摘要】自1959年第一台工业机器人在美国诞生来，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致力于机器人技术领域的全球专利布局，以此巩固在全球市场范围内的国际核心竞争力。
本论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，并提出一些建议。
一、工业机器人领域全球专利申请概况
截至到2014年7月，工业机器人技术领域的全球专利申请量已超过6万件，同族专利为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。
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），即人手型机械手。
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。
第三阶段（1985年—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。
图1工业机器人技术领域全球专利申请趋势图二、全球布局情况
1.机器人领域专利受理量国家/地区分布
根据英国知识产权局信息团队的报告，120000个机器人技术专利已在过去的10年中发表,从2004—2013年以三倍的速度递增。
机器人技术专利卓越的国家是日本,占31%的专利发表,绝大多数来自丰田公司。
美国排在第二位的为19%,其次是德国（17%）、中国（10%）、韩国（9%）、法国（3%）和英国（2%）。
当然这只是一个迹象表明创新活动发生的一些国家专利比其他人有更大的倾向。
图22004—2013年机器人领域专利受理量国家/地区分布
2.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
3.中国机器人技术及专利申请情况分析
“创造世界上最大的机器人市场”。
这是从11月23日开幕的2015世界机器人大会上传来的中国声音。
国家高层领导如此青睐机器人产业，足以说明包括机器在内的前沿技术领域对中国经济及未来发展的重要性。
事实上，或许在机器人等前沿技术领域，我国应该已有机会不输在起跑线了。
日前，世界知识产权组织在日内瓦发布名为《2015年世界知识产权报告:
突破式创新与经济增长》的最新报告。
报告显示，中国在3D打印、纳米技术和机器人工程学三大前沿技术的专利申请方面表现抢眼。
其中，自2005年以来，在全球3D打印和机器人工程学领域的专利申请中，有超过1/4来自中国，这一占比为世界各国之最。
在纳米技术方面，中国是第三大专利申请来源国，占全球申请量的近15%。
由此可见，在3D打印、纳米技术和机器人工程学等三大前沿技术专利布局领域，中国已当之无愧的位列全球三强，那么，这将会给我国或相应技术应用带来那些改变呢,
首先，从全球范围来看，在三大前沿技术领域，我国有望摆脱长期“受制于人”困局。
报告显示，世界前10位拥有最多机器人技术专利的高校或科研机构全部位于亚洲，中国占6个，而且前3名都来自中国。
这10所高校或科研机构分别是:
上海交通大学、中国科学院、浙江大学、韩国科学技术研究院、韩国电子和电信研究所、清华大学、哈尔滨工程大学、日本国家航空航天实验室、哈尔滨工业大学、韩国科学技术院。
众所周知，由于各种原因，我国的在包括互联网等在内的技术积累长期落后于美国等一些发达国家，一方面，这导致我国在参与相应技术标准制定中话语权有限，符合我们利益诉求的内容无法得到更多体现;另一方面，由于技术研究及布局上缺失，使得一些新技术进入应用市场时，我国相应行业又长期处于“受制于人”困局，引入时间及条件，主动权完全掌握在技术强国之手，要么需要付出巨大的引进成本，要么被个别国家长期实施“拦截”，严重束缚了我国在特定领域的技术应用和创新。
如今，我国在3D打印、纳米技术和机器人工程学等领域，专利布局位列全球三强，不仅将大幅提升我国在新技术领域的自主权，更重要的是，我国将有能力或机会据此参与主导新技术全球标准制定。
此外，对于其他国家开出的技术合作条件或方案，我们将有更大的选择权或交叉许可谈判权，不仅可以摆脱受制于人困局，还可以凭借自身的技术积累实现对部分国家技术霸权的有效制衡。
其次，在国内应用实践来看，以“大众创业，万众创新”为内容的“双创”浪潮，将会更加有底气和基础。
报告显示，1995年以来全球前10位拥有最多3D打印技术专利的高校或科研机构中，中国占6个，前三名中有两个来自中国，这10所高校或科研机构依次是:
德国弗劳恩霍夫协会、中国科学院、华中科技大学、美国麻省理工大学、西安交通大学、美国南加利福尼亚大学、华南理工大学、哈尔滨工业大学、荷兰应用科学研究组织、北京工业大学。
当前，从宏观角度看，我国正处于转型升级的关键时期，为了转变经济发展方式，国家正在大力推动“调结构”，其中一项重要内容就是，在“互联网+”、大数据等新技术、新应用领域，全面开展“双创”活动，促进传统产业转型升级。
值得一提的是，3D打印、纳米技术和机器人工程学等技术或应用领域，本身就是“万物互联”时代的重要基础，是未来科技发展应用的重要领域。
可以说，在这三大未来科技领域，我国能“三分天下有其一”，不仅将对当前的“双创”活动产生巨大的正面激励作用，同时，也会促进这些新技术尽早从
小范围试验走向大面积应用，从实验室走向大众市场，这必将大幅拓宽如火如荼“双创”活动的深度和广度，激发出更多创新应用成果。
最后，与全球同步或领先全球，或将成为我国未来新技术、高科技发展的新起点。
报告显示，从1970年到2010年纳米技术领域的专利申请数量增长迅速。
1995年以后这一领域的专利申请数量平均每年以11.8%的速度快速增加，其中，进入2000年韩国在这一领域的专利申请快速增加，中国紧跟韩国成为后起之秀。
近年来，互联网技术的全面普及和广泛应用，依托互联网的全球性、即时性等优势，大范围消除或缩小了我国与美国、日本等发达国家在新技术研究、跟踪领域的“信息不对称”问题，促使各类技术信息在各国间平等、公平、快速的传播，只要长期跟踪，很少有国家能独占特定技术或应用，各国在新技术、高科技的研究布局基本可处在同一起跑线。
与此同时，借助“互联网+”等手段，各个领域能快速将本专业的先进观点或创意采集上来，并利用互联网连接相关领域研究人员，同步跟踪共同研究，实现集众智促创新。
从某种程度来看，与全球同步或领先全球，或将成为我国未来在越来越多新技术、高科技研究或发展的全新起点。
当然，我们也必须看到，“罗马不是一日建成”，虽然我国与一些发达国家的科技差距正在不断减小，但是，并不代表我们已经实现全面超越，还需要各领域、各方面持之以恒的长期积累、前瞻布局和低调创新。
国际机器人协会统计显示，2013年中国超过日本，成为全球工业机器人的最大市场。
2014年全球工业机器人年销量为22.5万台，中国销量约占四分之一。
与发达国家相比，中国工业机器人产业还存在明显差距:
国产机器人市场份额偏低，品牌知名度也不高;控制器、减速器等关键部件研发能力不足，高端产品依赖进口。
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、工业机器人控制、驱动系统的硬件设计、机器人软件的设计和编程、运动学和轨迹规划等技术，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。
反观我国申请人主要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。
三、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我国。
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。
1.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
美国等子公司，至今共生产13万多台机器人产品，而最近两年生产的机器人达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，同族专利为1949项。
图4安川电机的专利申请情况
2.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公司基于伺服、数控基础工业机器人问世，1976年投放市场。
FANUC公司在全球申请的机器人相关专利5507件，同族专利为1476项。
图5发那科公司的专利申请情况
3.德国（KUKA）
KUKA公司成立于1898年，总部设在德国奥格斯堡，是为汽车制造、航天、能源及工业领域提供柔性自动化系统设备的公司。
2000年9月，库卡自动化设备（上海）有限公司正式成立。
2004年7月，库卡柔性系统制造（上海）有限公司在上海青浦工业园成立。
2008年12月，在上海交通大学成立“KUKA焊接机器人智能化与工程应用联合实验室”。
KUKA公司在全球申请的机器人相关专利2383件，同族专利为802项。
图6德国KUKA公司的专利申请情况
4.瑞士（ABB）
ABB是由两个历史100多年的国际性企业瑞典的阿西亚公司（ASEA）和瑞士的布朗勃法瑞公司（BBCBrownBoveri）在1988年合并而成，两公司分别成立于1883年和1891年。
ABB集团的业务遍布全球100多个国家，拥有10.7万名员工，ABB集团超过一半的营业额来自欧洲市场，近四分之一来自亚洲、中东和非洲，五分之一来自南北美洲市场。
ABB公司在全球申请的机器人相关专利3389件，同族专利为923项。
图7瑞士ABB公司的专利申请情况
5.美国波士顿动力公司（BostonDynamics）
美国波士顿动力公司自1998年以来共申请专利8项，其中美国5项。
其中一项发明专利US2004864715A是获得美国政府DARPA/SPAWAR计划支持，该专利权属于国家。
波士顿动力智能机器人研发现状波士顿机械狗（BostonDynamics
BigDog）是一种动力平衡四足机器人，由波士顿动力公司、福斯特-米勒公司、喷气推进实验室，以及哈福大学康德菲尔德研究站共同研发。
2002年7月申请的专利JP2002215591A宠物机器人揭示了波士顿动力公司最初的智能四足仿生机器人BigDog的技术来源，该专利显示相关技术是由日本SONY公司与波士顿动力联合研发，并由双方共有相关专利。
该专利披露了采用螺旋式弹簧维持伺服电机与腿部末梢的线性关系，并给出了具体的实现方法与相关试验数据。
四、启示与建议
一是深入分析国内外工业机器人市场面临知识产权风险。
安川、FANUC、KUKA、ABB公司四大公司在上世纪70年代开始了全球专利申请，并分别于1995年、2003年、1985年、1996年开始在中国进行专利布局，尤其是KUKA公司在中国专利申请量最大。
四大公司所申请的部分专利的技术特征与国内某些企业相关工业机器人产品类似，建议后续针对具体的产品做详细的专利侵权分析。
国内大部分工业机器人相关技术还有部分处于研发阶段，一方面可以根据关键技术的专利现状进行规避设计或者调整研发路线，避免后续知识产权风险;另一方面可以针对具体的亟待的技术问题和难点在专利文献中寻找技术解决方案。
二是以专利为突破口开展工业机器人技术产业化工作。
从四大民用公司的专利申请趋势来看，每一次技术产业化的时间点都是专利申请量的峰值，尤其是日本企业。
专利是产品进入市场的保护伞，专利申请的时间和地域选择与产业化发展方向密切相关。
例如，日本FANUC公司在2003年以前从未在华申请机器人相关专利，主要是防止泄漏相关技术，但是于2003年在中国广州、深圳等地设立近十家分公司，同年就开始了在华地区的专利申请，专利申请量急剧上升，这样不仅可以保护自身产品，还能遏制竞争对手的发展。
三是收并购具有技术研发实力的公司，提升竞争力。
收并购国内外具有自主知识产权、较强的研发团队以及领先的市场地位的相关企业也逐渐成为国内企业快速提升规模、提升核心竞争力、快速完成国际化经营布局的重要途径，也是军工企业实现军民融合式发展、产业快速转型升级和结构调整的便捷之路。
一方面可以直接获得大量专利，另一方面是可以获得具有研发实力的团队。
例如，ABB公司从1987年开始3年内收购了全球60多家公司，但是机器人技术方面并未快
速发展，但是自从1998年6月收购AlfaLaval自动化公司，1998年10月收购ElsagBailey公司之后，机器人相关专利申请急速上升，自此开始保持了技术优势。
此外，KUKA是德国公司，相较于美国、日本来说更易于技术合作，并且KUKA进入中国市场较早，可见其对中国市场的关注度高，1986年通过赠送中国一汽工业机器人的友好方式进入中国，2008年KUKA与上海交大联合成立实验室。
同时，KUKA在中国的专利申请量较大，已经具备了一定的技术优势，与其联合可以避免更多的知识产权风险。
四是工业机器人技术转化应用应关注“民转军”。
2000年后，美国逐渐开始将工业机器人技术转化应用到军事领域，并且在2011年发布了针对制造、健康护理/医药机器人、服务机器人三类机器人的国家机器人技术倡议（NRI），明确了美国机器人技术发展路线，但是在2013年发布的美国机器人技术发展路线图中新增加了航天和国防领域机器人技术发展规划。
同时，美国在花巨资研究军用机器人时十分注重相关知识产权保护，例如美国波士顿动力公司的发明专利US2004864715A显示，该专利已获得美国政府DARPA/SPAWAR计划支持，同时也规定其专利权属于国家;另一方面，美国的军用机器人研发采取多方合作，例如波士顿BigDog最初的技术就是来源于日本SONY公司与波士顿动力公司联合研
米勒公司、喷气推进实验室、哈发，从其他媒体报道显示，该型号还与福斯特-
福大学康德菲尔德研究站进行了联合开发。
建议国内企业在工业机器人产业论证中开展完整的专利分析评议，开展关键技术的专利分析能够提高技术研发起点、优化资源配置、加快研究进程，实现关键技术突破并进行再创新，从而快速提升技术创新能力;同时，掌握国外对标公司的专利布局、摸清型号发展与国外技术指标的差距，满足研发过程中对科技情报支撑信息的迫切需求。
在此基础上，结合企业工业机器人产业领域技术优势和技术劣势，分析国外高新技术热点、空白点、发展动态和方向，为产业提出知识产权布局建议，为战略研究、项目论证、项目立项提供决策支撑。
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