王 敏，張會杰，蘇 琳

WANG Min, ZHANG Hui-jie, SU Lin

（中國科學(xué)院 沈陽自動化研究所 機器人學(xué)國家重點實驗室，沈陽 110016）

0 引言

機器人技術(shù)是典型的集材料、機械、電子、自動化、網(wǎng)絡(luò)、信息和服務(wù)等前沿高技術(shù)于一身的技術(shù)，該技術(shù)的發(fā)展直接關(guān)系到國家的產(chǎn)業(yè)競爭力、國防實力、經(jīng)濟實力等綜合國力要素。因此，一個國家的機器人水平可以反映這個國家的綜合實力。隨著國際發(fā)達國家重整制造業(yè)，機器人與人工智能和數(shù)字制造技術(shù)一起，必將成為推動制造業(yè)升級改造的重要因素[1,2]。

擁有專利數(shù)量和利用專利的情況可以直接反應(yīng)出一個國家或企業(yè)在機器人行業(yè)的總體實力[3]。專利狀況分析對機器人行業(yè)具有重要的意義。本文通過對我國機器人技術(shù)的專利狀況進行分析，了解了我國機器人技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，從一個側(cè)面揭示了我國機器人技術(shù)發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)。

1 研究方法及范圍

檢索方式：檢索方式以關(guān)鍵詞結(jié)合IPC（國際專利分類法：International Patent Classi fi cation）分類號進行檢索。

采用的技術(shù)分類方法為國際專利分類號（簡稱IPC）。

分析工具：國家知識產(chǎn)權(quán)局國家重點產(chǎn)業(yè)專利信息服務(wù)平臺專利信息分析系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)范圍：如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)范圍

2 機器人技術(shù)專利申請總體概況

2.1 世界發(fā)達國家機器人技術(shù)專利申請量變化趨勢

圖1給出了美國、日本、韓國、德國等世界機器人技術(shù)發(fā)達國家機器人專利申請量變化趨勢，從中可以看出這些國家機器人技術(shù)的發(fā)展歷程。

美國是世界上開展機器人技術(shù)研究最早的國家。1962年，美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人，比起號稱“機器人王國”的日本起步至少要早五、六年。美國雖然起步早，但從發(fā)展速度來看卻不及日本。上世紀(jì)60年代到70年代中的十幾年間，美國只有幾所大學(xué)和少數(shù)公司開展了一些研究工作。當(dāng)時美國失業(yè)率高達6.65%，政府擔(dān)心發(fā)展機器人會造成更多人失業(yè)，因此不予投資，也不組織研制機器人。70年代后期，雖然美國政府和企業(yè)開始重視機器人的研究，但當(dāng)時把重點放在了機器人軟件及軍事、宇宙、海洋、核工程等特殊領(lǐng)域的高級機器人的開發(fā)上，致使日本在工業(yè)機器人方面后來居上，并在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上及機器人制造業(yè)上很快超過了美國，產(chǎn)品在國際市場上形成了較強的競爭力。進入80年代之后，美國政府和企業(yè)界才對機器人真正重視起來，一方面鼓勵工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用機器人，另一方面制訂計劃、增加機器人研究經(jīng)費，并把機器人看成美國再次工業(yè)化的特征，使美國的機器人技術(shù)得到迅速發(fā)展。到本世紀(jì)初美國機器人技術(shù)進入快速發(fā)展期，2008年金融危機之后發(fā)展速度有所下降。

日本機器人技術(shù)從上世紀(jì)70年代中期開始發(fā)展，上世紀(jì)80～90年代，是日本機器人技術(shù)的高速發(fā)展期，之后進入穩(wěn)步發(fā)展階段。日本屬于少子、高齡化社會，政府對機器人產(chǎn)業(yè)一直抱有非常大的希望，期待機器人技術(shù)能在解決日本勞動力下降、實現(xiàn)安心安全社會、創(chuàng)建便利幸福的生活環(huán)境等諸問題中發(fā)揮作用。日本政府始終在政策上積極扶持機器人技術(shù)的發(fā)展，致使其后來居上，迅速成為世界機器人大國[4]。日本機器人技術(shù)一直保持著強勁的發(fā)展勢頭。

韓國和德國機器人技術(shù)都是從80年代初才開始，起步較晚。但是韓國研制的服務(wù)型機器人卻有很強的競爭力。從上世紀(jì)末開始，韓國機器人技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展，進入21世紀(jì)后，更是步入黃金時期。到2006年以后，專利申請量全面超過美國、日本和德國，躍居世界第一。韓國機器人領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢在服務(wù)機器人方面。為了扶植服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，韓國將有關(guān)的扶持政策列為國家級發(fā)展戰(zhàn)略，知識經(jīng)濟部制定了支持企業(yè)進軍海外市場、提高技術(shù)競爭力以及奠定發(fā)展基礎(chǔ)等10大戰(zhàn)略。同時，韓國已將服務(wù)型機器人同汽車、半導(dǎo)體等共同列為重點扶持的新一代主要出口項目?？梢哉f，韓國上世紀(jì)及本世紀(jì)初的經(jīng)濟騰飛與其機器人技術(shù)的發(fā)展密不可分。

德國在機器人技術(shù)方面的專利與前三個國家相比數(shù)量并不多，但德國的機器人技術(shù)一直處于穩(wěn)步發(fā)展?fàn)顟B(tài)。德國的機器人工業(yè)一起步，就遇到了國內(nèi)經(jīng)濟不景氣。但是德國的社會環(huán)境卻是有利于機器人工業(yè)發(fā)展的。因為戰(zhàn)爭，導(dǎo)致勞動力短缺，以及國民技術(shù)水平高，都是實現(xiàn)使用機器人的有利條件。到了70年代中后期，政府采用行政手段為機器人的推廣開辟道路；在“改善勞動條件計劃”中規(guī)定，對于一些有危險、有毒、有害的工作崗位，必須以機器人來代替普通人的勞動。這個計劃為機器人的應(yīng)用開拓了廣泛的市場，并推動了工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展。

2.2 外國在中國機器人領(lǐng)域?qū)＠暾埱闆r

從外國在中國申請的機器人技術(shù)專利情況來看，在我國布置專利最多的國家依次是日本、美國、韓國和德國等，如圖2所示。這些國家同時也是我國進口機器人的主要來源國。

圖2 外國在中國專利申請量前十位的國家

如圖3所示為外國在中國機器人專利申請量和授權(quán)量變化趨勢。國外申請人從上世紀(jì)90年代后期，陸續(xù)開始在我國申請機器人領(lǐng)域?qū)＠?，?000年開始申請量迅速增加，2008年受國際金融危機影響，專利申請量有所下降，之后，又呈現(xiàn)逐年上升態(tài)勢。

圖3 外國在中國機器人專利申請量和公開量變化趨勢

2.3 中國國內(nèi)機器人專利申請量變化趨勢

中國國內(nèi)機器人專利申請量變化趨勢如圖4所示。

圖4 中國國內(nèi)機器人專利申請量和公開量變化趨勢

我國的機器人雖然起步較早，但從專利申請趨勢來看，到上世紀(jì)末，發(fā)展較慢。進入新世紀(jì)之后，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，機器人技術(shù)專利申請量迅速增加，且年增長率成遞增態(tài)勢，并沒有受到國際金融危機的影響。與國外發(fā)展趨勢對比來看，我國機器人發(fā)展的潛力巨大，前景廣闊。

表2 國內(nèi)外專利主要IPC技術(shù)類別

3 國內(nèi)、外在中國申請的機器人專利對比

3.1 專利申請類型對比

我國機器人技術(shù)的專利類型及其所占的比例與國外在中國所申請專利的對比情況，如圖5所示。專利類型的數(shù)據(jù)分布體現(xiàn)了這一領(lǐng)域自身的技術(shù)特征，說明我國機器人技術(shù)領(lǐng)域的專利以發(fā)明和實用新型為主導(dǎo)，實用新型專利的比例更大些。國外在中國申請的專利則主要是發(fā)明專利。

3.2 主要IPC技術(shù)構(gòu)成對比

國內(nèi)、外專利主要IPC技術(shù)對比（前10IPC小類），如圖6所示，國內(nèi)、外專利主要IPC技術(shù)類別如表2所示。

由圖6、表2可見，國內(nèi)、外專利在主要IPC構(gòu)成上有明顯不同。國內(nèi)專利IPC技術(shù)分類前幾位中更多的是機器人機構(gòu)方面的專利。國外在機器人半導(dǎo)體器件、控制與調(diào)節(jié)、電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理等方面在中國布置了較多專利。此外，在醫(yī)療機器人、服務(wù)機器人方面的專利也應(yīng)引起重視。

圖5 國內(nèi)外專利類型構(gòu)成對比

圖6 國內(nèi)外專利主要IPC技術(shù)構(gòu)成對比

3.3 申請人構(gòu)成對比

如圖7所示為國內(nèi)專利申請量排名前十的申請人構(gòu)成。如表3所示為國內(nèi)申請人綜合對比。上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所、清華大學(xué)和北京航空航天大學(xué)這四個國內(nèi)實力較強的機器人研發(fā)機構(gòu)不僅具有較長的專利活動年期，還擁有較長的平均專利年齡，表明它們既在機器人領(lǐng)域從事了多年的研究，又比較關(guān)注專利的保護工作。

如圖8所示為國外在中國的主要專利申請量人構(gòu)成，如表4所示為國外在中國主要專利申請量人的綜合比較。

圖7 國內(nèi)專利申請量排名前十的申請人構(gòu)成

表3 國內(nèi)主要申請人綜合對比

國外在中國機器人技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠饕暾埲硕鄶?shù)來自日本，主要有發(fā)那科、安川、松下、索尼、本田等公司，由此可見，日本在中國機器人市場中的優(yōu)勢競爭地位。日本發(fā)那科公司在中國擁有最多的專利申請量，是我國機器人技術(shù)領(lǐng)域的主要境外競爭者。

國外著名公司在中國機器人專利的平均專利年齡為6.59，而我國前幾位申請人專利的平均專利年齡為5.05，明顯比國外短。這說明我國專利申請人在專利的維持意識方面還需提高。

如圖9所示為國內(nèi)外機器人專利的申請人構(gòu)成對比。

如圖10所示為國內(nèi)機器人專利申請人構(gòu)成方面區(qū)域特征。

由圖9可見，與國外機器人領(lǐng)域?qū)＠暾堉黧w基本以工礦企業(yè)為主，企業(yè)是機器人技術(shù)研發(fā)的中堅力量不同，國內(nèi)申請人中大專院校和個人占了很大比例。在國內(nèi)前十位申請人中，有八所高校、兩個科研院所（如圖7所示）。很明顯，國內(nèi)機器人技術(shù)的研發(fā)中心在高校和院所，企業(yè)機器人領(lǐng)域?qū)＠暾垖嵙ο鄬^弱。

表4 國外在中國機器人專利申請人的綜合比較情況

由圖10可見，在國內(nèi)機器人專利申請人構(gòu)成方面區(qū)域特征非常明顯。上海以工礦企業(yè)和大專院校為主；北京大專院校申請量最多；山東個人申請量比例最大，其次是工礦企業(yè)；廣東、江蘇、浙江的共同特點是以工礦企業(yè)為主，大專院校和個人申請為輔；遼寧及黑龍江個人和大專院校的申請比例最大。可以看出，企業(yè)的科技創(chuàng)新能力強的地區(qū)，也正是地方經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)。

需要特別指出的是，擁有的專利數(shù)量確實可以在一定程度上反映出一個國家或企業(yè)在機器人行業(yè)的競爭實力，但這一量化的表述對于專利質(zhì)量的評價還具有不全面性。比如，在機器人行業(yè)赫赫有名的瑞典的ABB公司，它在中國機器人技術(shù)領(lǐng)域所申請的專利數(shù)量并不多（其專利數(shù)量未進入國外在中國申請的機器人技術(shù)專利的前十名），但ABB公司掌握著一批機器人領(lǐng)域核心技術(shù)，并憑借其優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品建立起了良好的品牌形象，進而樹立起了自身在全球機器人技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢競爭地位。因此，本文的研究方法只是從一個側(cè)面（即專利數(shù)量的角度）反映了各企業(yè)在機器人行業(yè)的研究狀況，并不涵蓋對專利質(zhì)量部分的分析。

圖9 國內(nèi)外機器人專利的申請人構(gòu)成對比

圖10 國內(nèi)機器人專利申請人構(gòu)成方面區(qū)域特征

4 我國機器人發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與機遇

4.1 問題和挑戰(zhàn)

1）關(guān)鍵技術(shù)不足。國內(nèi)專利IPC技術(shù)分類前幾位中更多的是機器人機構(gòu)方面的專利，在機器人元器件、控制與調(diào)節(jié)、電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理技術(shù)、智能技術(shù)以及服務(wù)機器人等領(lǐng)域還需要加大研發(fā)力度。

2）專利保護力度較低。國內(nèi)機器人技術(shù)發(fā)明專利申請量相對較少、專利維持年限短，這對有效保護知識產(chǎn)權(quán)不利。我國在機器人領(lǐng)域知識產(chǎn)權(quán)保護方面急需采取專門措施，提高自身知識產(chǎn)權(quán)保護意識和能力。采取科學(xué)的專利申請戰(zhàn)略，提高專利申請的深度和廣度，通過專利武器保護自己、創(chuàng)造價值。

3）企業(yè)投入不足。國內(nèi)機器人專利申請人主體多為高校和科研院所，企業(yè)申請量相對較少。這說明企業(yè)在機器人領(lǐng)域創(chuàng)新實力相對較弱，同時，也說明企業(yè)在機器人研發(fā)上的投入不足。從國省專利分布可以看出，企業(yè)的科技創(chuàng)新能力強的地區(qū)，也正是地方經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)?？梢酝茢?，提高企業(yè)的科技創(chuàng)新能力，能夠有效促進地方經(jīng)濟的發(fā)展。

4）缺乏龍頭企業(yè)。國外機器人專利申請量居前的都是大型跨國公司，如日本的發(fā)那科、安川、松下，韓國的三星、LG電子，德國的西門子公司等。目前國內(nèi)機器人研究機構(gòu)分散，規(guī)模較小，難以形成合力，缺乏有代表性的機器人戰(zhàn)略聯(lián)盟或龍頭企業(yè)，與國外企業(yè)的競爭力相對較弱。

5）產(chǎn)學(xué)研結(jié)合不足。國內(nèi)機器人領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研結(jié)合不足，限制了機器人領(lǐng)域知識產(chǎn)權(quán)成果的及時轉(zhuǎn)化及規(guī)?；a(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

6）來自國外企業(yè)的壓力。目前，國外（如日本、美國、韓國等）的企業(yè)在我國機器人技術(shù)領(lǐng)域申請了大量專利，尤其是韓國在服務(wù)機器人領(lǐng)域的優(yōu)勢明顯，這對我國機器人技術(shù)的發(fā)展可能會帶來巨大的壓力。

4.2 優(yōu)勢和機遇

1）高端人才充足。國內(nèi)機器人技術(shù)經(jīng)過近40年的發(fā)展，已經(jīng)形成了由上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高校和科研院所高端人才組成的研發(fā)隊伍，具備了發(fā)展自主機器人產(chǎn)業(yè)的技術(shù)實力。今后還需要針對自身定位開展科學(xué)研究，盡快形成自身的核心競爭力。

2）市場需求旺盛。目前，我國機器人生產(chǎn)在每萬人中只有22個，遠低于國際平均水準(zhǔn)中的55個，同時，也非常落后于其它一些制造業(yè)發(fā)達的經(jīng)濟強國[5]。隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展，勞動力成本的不斷增加，以及國家工業(yè)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，使得國內(nèi)對機器人自動化裝備的需求越來越旺盛。

3）經(jīng)濟實力雄厚。隨著我國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，國家整體經(jīng)濟實力大大增加，同時，還形成了一些實力很強的企業(yè)，具備雄厚的資金基礎(chǔ)。

4）倒逼機制形成。國外企業(yè)在中國的專利布局，給國內(nèi)機器人發(fā)展形成無形的壓力，同時也形成倒逼機制。面對日本、美國、韓國等國外企業(yè)不斷擴大在我國機器人領(lǐng)域的專利布局，我國必須盡快提高自身的機器人技術(shù)研發(fā)能力，不斷提升自主機器人產(chǎn)品的競爭力，才能逐步贏回被占領(lǐng)的市場。

5）政府政策支持。針對世界機器人技術(shù)的發(fā)展形式，我國2012年發(fā)布了服務(wù)機器人科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃。規(guī)劃指出：“‘十二五’期間，我國將著力突破制約我國服務(wù)機器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，不斷推出更具應(yīng)用價值和市場前景的產(chǎn)品，積極探索新的投融資模式和商業(yè)模式，努力打造若干龍頭企業(yè)，把服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)培育成我國未來戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)[6]?！睂ξ覈鴻C器人發(fā)展從政策上給與了引導(dǎo)和支持。

6）產(chǎn)學(xué)研結(jié)合得到重視。目前，國家多個重大專項和一些地方政府出臺措施，促進和鼓勵產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，鼓勵科研成果產(chǎn)業(yè)化。開始強調(diào)以企業(yè)為主體、以規(guī)?；瘧?yīng)用和產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)開展科學(xué)研究工作。提倡將企業(yè)技術(shù)開發(fā)與高校、科研機構(gòu)及其科研人員緊密聯(lián)合，廣泛開展合作攻關(guān)、委托攻關(guān)、技術(shù)承包，努力提高企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和科技創(chuàng)新水平。這些政策對科研成果的及時轉(zhuǎn)化及規(guī)?；a(chǎn)業(yè)應(yīng)用必將起到有利的推動作用。

7）國際合作日益增加?；趪议_放的政策環(huán)境，機器人領(lǐng)域人才和技術(shù)的國際合作日益增加。通過國際合作，能夠提高我國開發(fā)和生產(chǎn)機器人及其系統(tǒng)的能力，提高國產(chǎn)機器人的性能和可靠性，降低生產(chǎn)成本和銷售價格，建立具有國際水準(zhǔn)的我國機器人產(chǎn)業(yè)，讓高性能、低成本的國產(chǎn)機器人走向國際市場。

5 結(jié)束語

從整體上來說，我國機器人產(chǎn)業(yè)還很薄弱，機器人發(fā)展尚未進入規(guī)模開發(fā)利用和產(chǎn)業(yè)化的階段，機器人研究仍然任重而道遠。為促進我國機器人技術(shù)的發(fā)展，我們需要抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)，使我國機器人發(fā)展盡快進入規(guī)模開發(fā)利用和產(chǎn)業(yè)化的階段，為我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級做出貢獻。

[1]柳洪義.機器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2002.

[2]王田苗.全力推進我國機器人技術(shù)[J].機器人技術(shù)與應(yīng)用,2007,(2)：17-23.

[3]張子睿,朱濤.機器人領(lǐng)域?qū)＠麘B(tài)勢分析[J].中國發(fā)明與專利,2008,(4)：40-42.

[4]黃俊英.日本機器人技術(shù)發(fā)展淺議.科技管理研究[J].2008,(2)：165-166,172.

[5]我國制造業(yè)自動化轉(zhuǎn)型工業(yè)機器人需求旺盛.2013.5.25.來源：工控網(wǎng)(百站).

[6]服務(wù)機器人科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃[R/OL].國科發(fā)計[2012]194號.2012.4.1.來源：中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部網(wǎng).