隨著工業機器人應用領域的不斷擴大以及現代工業的快速發展，人們對工業機器人性能的要求越來越高，以期進一步提高生產效率和產品質量，因此高速、高精度、智能和模塊化成為目前工業機器人發展的主要趨勢。近年來全球工業機器人相關專利申請數量持續快速增長。該文基于湯森路透公司的Derwent Innovation Index數據庫，利用TDA、Excel等分析工具，對全球工業機器人相關專利進行了分析，揭示了全球工業機器人相關專利技術的研發和競爭態勢。
1、引言
工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人[1]。工業機器人綜合了計算機、控制論、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科，由操作機、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。工業機器人的產品分類方式多種多樣[2]。按臂部運動形式的不同，工業機器人可以分為4種：直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型和關節型。按照應用領域的不同工業機器人可以分為：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。
工業機器人產業的發展越來越受到世界各國的高度關注，主要經濟體紛紛將發展機器人產業上升為國家戰略，并以此作為保持和重獲制造業競爭優勢的重要段。根據國際機器人聯合會(IFR)公布的全球工業機器人的銷量數據[3]來看，工業機器人產業在經歷了2009年的全球經濟衰退后，從2010年開始逐漸復蘇。2014年全球工業機器人銷量為22.50萬臺，同比增速為26.31%，無論是銷量還是增速均創歷史新高。其中汽車行業和電子行業是工業機器人銷售量最高的兩個行業，焊接、搬運和裝配是工業機器人應用最多的三大應用功能。
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機器人市場[3]。2005年至2014年期間，中國工業機器人的銷售量以年均25%左右的速度高速增長。2013年國際機器人聯合會的統計數據顯示，韓國的工業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。
本文通過對工業機器人領域的專利進行分析，揭示工業機器人技術研發布局及全球市場競爭態勢。專利數據檢索自湯森路透Derwent Innovations Index(DII)數據庫和Thomson Innovation(TI)數據庫，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)。專利數據分析工具包括湯森路透數據分析工具(Thomson Data Analyzer,TDA)、湯森路透創新專利分析平臺(Thomson Innovation,TI)以及Excel等。
2全球工業機器人專利技術分析
2.1全球專利數量年度變化趨勢
全球最早的工業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，喬治德沃爾聯合約瑟夫英格伯格在1959年生產出世界上第一臺工業機器人“Unimation robots”[2]。1950至1960年代的機器人基本都屬于“可編程的示教再現型機器人”[4]，即通過示教編程存儲作業程序的機器人。
1970年代至1980年代末期，專利數量飛快增長，并且出現了具有一定感覺功能和自適應離線編程能力的“知覺判斷機器人”[4]。工業機器人“四大家族”：庫卡、ABB、安川、FANUC公司分別在1974年、1976年、1978年和1979年開始了全球專利布局。
從1990年代至今，工業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，能夠將多種傳感器所得到的信息進行融合，能夠有效地適應環境變化，具有很強的自適應能力、學習能力和自治功能。
工業機器人專利申請量前5位國家中(圖2)，美國最早開始工業機器人的研發，其研發活動可追溯到1950年代早期。日本和德國對工業機器人的專利申請晚了將近10年，直到1960年代末期才出現工業機器人技術的專利申請。中國和韓國都是于1980年代早期進入該研究領域。
美國作為最早進入工業機器人領域的國家，在工業機器人領域的專利申請漲幅不大，主要原因是美國政府擔憂工業機器人會造成失業率增加，一直以來并不鼓勵工業機器人的生產和利用[5]。日本在戰后勞動力日趨緊張的形勢下，政府大力扶持工業機器人產業以提高日本制造的效率和質量[5]，因此日本在1970年代末期超過美國成為工業機器人專利申請的第一大國。經過近40年的發展，日本企業基本占據了工業機器人的大部分市場，只有少數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。
國內最早的工業機器人專利申請始于1983年(圖3)。從此，中國對工業機器人攻關研發的序幕正式拉開。整個1980年代至1990年代，工業機器人的專利數量較少，子銳機器人維修，一方面由于我國工業機器人的研發實力有限，另一方面在于我國科研機構和相關企業的專利保護意識薄弱。進入2000年后，我國制造業人口紅利逐漸消失，在國家相關政策及重大項目的支持下，我國工業機器人的專利申請量有了飛速增長。
2.2專利技術來源國和市場國
專利技術的來源國是指專利的最早優先權國家，這里我們假定所有專利的最早優先權國家都是本國。從專利技術的國家來源看(圖4)，日本的專利量位列第1，占總數的30%，中國和美國分別排在第2和第3位，分別占總數的22%和11%。東亞除日本和中國外，韓國的技術實力也相當雄厚。俄羅斯和韓國并列第5位。歐洲地區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的市場布局國家。從專利技術的市場分布來看(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、世界知識產權組織、俄羅斯、法國等。這也體現了日、中、美、韓是工業機器人的主要市場。
2.3專利申請量排名前20的申請人
