吳 穎

（唐山市科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所，河北 唐山 063000）

機(jī)器人被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志［1］。工業(yè)機(jī)器人是我國(guó)智能制造2025 的核心抓手之一，是我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的核心環(huán)節(jié)。專利作為科技發(fā)展的前沿蘊(yùn)含著大量的技術(shù)創(chuàng)新信息，通過(guò)對(duì)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的專利進(jìn)行分析能夠客觀地認(rèn)識(shí)到我國(guó)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀，對(duì)相關(guān)部門的決策制定及調(diào)控技術(shù)布局具有一定的意義。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

本論述選用Incopat 平臺(tái)進(jìn)行專利數(shù)據(jù)檢索，以關(guān)鍵詞和IPC分類號(hào)來(lái)制定檢索策略，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)降噪處理得到有效專利41 303條，將檢索數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel進(jìn)行分析及作圖。

2 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人專利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)分析

專利申請(qǐng)趨勢(shì)是技術(shù)研發(fā)態(tài)勢(shì)的重要參考指標(biāo)，由圖1 可見，2000 年之前，我國(guó)相關(guān)專利申請(qǐng)量較少，共申請(qǐng)112件，這個(gè)階段為我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的萌芽期，由于年限較為久遠(yuǎn)，這些專利均已失效，1986 年是我國(guó)工業(yè)機(jī)器人專利的申請(qǐng)?jiān)辏灿? 件，其中2 件來(lái)自德國(guó)，1件來(lái)自日本。我國(guó)申請(qǐng)人的第1件專利申請(qǐng)是1987年的“自適應(yīng)通用柔性機(jī)械手機(jī)構(gòu)”。2000年之前的專利，研發(fā)內(nèi)容主要為機(jī)械手和末端執(zhí)行器，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)占比為58.04%，其他均為外國(guó)來(lái)華的專利申請(qǐng)，可見國(guó)外申請(qǐng)人已經(jīng)較早對(duì)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行專利布局，其中日本和美國(guó)專利布局較早、數(shù)量相對(duì)較多，占比分別達(dá)到14.29%和11.61%。

圖1 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)專利申請(qǐng)趨勢(shì)

2000～2012年為我國(guó)工業(yè)機(jī)器人專利申請(qǐng)的快速增長(zhǎng)期，此階段共申請(qǐng)專利2 960 件，此時(shí)的研發(fā)內(nèi)容仍以機(jī)械手和末端執(zhí)行器為主，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出有效專利為596 件，占比為20.14 %，這些專利壽命維持時(shí)間較長(zhǎng)、專利價(jià)值較高。此階段國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人申請(qǐng)的專利占比為90.41%，對(duì)此領(lǐng)域的技術(shù)有了很大發(fā)展且專利布局的意識(shí)也已經(jīng)明顯提高，值得注意的是日本和德國(guó)的專利申請(qǐng)量仍然占到5%和1%。

2013 年以來(lái)為我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的專利申請(qǐng)爆發(fā)期，自2019 年開始已經(jīng)突破6 000 件/a（專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)公開時(shí)間具有3～18 個(gè)月的滯后性，2021 年及以后的數(shù)據(jù)不具有參考價(jià)值），此期間的專利申請(qǐng)量已經(jīng)達(dá)到38 000 余件，機(jī)械手和末端執(zhí)行器的主研地位依然穩(wěn)固，焊接技術(shù)的研發(fā)熱度已經(jīng)逐漸超過(guò)機(jī)床的零部件。此階段國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)量占比已經(jīng)達(dá)到98.55%，日本和德國(guó)的申請(qǐng)量共占1%，這與我國(guó)實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)不斷提高制造業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力及頒布一系列的激勵(lì)政策有著密不可分的關(guān)系。

3 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人專利申請(qǐng)技術(shù)構(gòu)成分析

技術(shù)構(gòu)成一般采用國(guó)際專利分類號(hào)IPC進(jìn)行分析，表1 為我國(guó)工業(yè)機(jī)器人專利檢索結(jié)果中IPC 相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域申請(qǐng)量排名前15的技術(shù)分布情況。其中，技術(shù)申請(qǐng)最活躍的3個(gè)領(lǐng)域分別為B25J、B23K、B23Q，三者的申請(qǐng)量之和約占總申請(qǐng)量的70%。工業(yè)機(jī)器人一般由機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3 個(gè)部分構(gòu)成，將IPC 技術(shù)領(lǐng)域與其對(duì)照匹配后發(fā)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的專利申請(qǐng)主要分布在機(jī)器人本體技術(shù)領(lǐng)域。由統(tǒng)計(jì)分析可得，排名前15的技術(shù)領(lǐng)域中屬于本體的技術(shù)構(gòu)成占總申請(qǐng)量的81.11%，其技術(shù)占比具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，也就是說(shuō)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)非常密集的分布在機(jī)械手、末端執(zhí)行器和傳動(dòng)部件上，尤其是機(jī)器手和末端執(zhí)行器的專利技術(shù)申請(qǐng)量占據(jù)總申請(qǐng)量的一半以上。排名前15的技術(shù)領(lǐng)域中屬于控制系統(tǒng)的IPC技術(shù)領(lǐng)域分別有G05B、B65G、G01B、G06F，其專利申請(qǐng)量占總申請(qǐng)量的6.14%。前15 名中屬于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的IPC 技術(shù)領(lǐng)域分別有H02K、F16H，其專利申請(qǐng)量的占比僅為1.85%。通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析可知我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域分布較為欠缺。由表1中的發(fā)明專利數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)的發(fā)明專利占比相對(duì)較高，其專利質(zhì)量較高。

表1 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人專利申請(qǐng)技術(shù)構(gòu)成表

4 專利申請(qǐng)人分析

4.1 申請(qǐng)人類型分析

由圖2可見，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)創(chuàng)新主體包括企業(yè)、大專院校、個(gè)人、科研單位和機(jī)關(guān)團(tuán)體。其中，企業(yè)申請(qǐng)占比65.3%，大專院校申請(qǐng)占比22.16%，個(gè)人申請(qǐng)占比9%。企業(yè)作為技術(shù)領(lǐng)域的主要?jiǎng)?chuàng)新主體說(shuō)明我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)較為成熟，科技創(chuàng)新活動(dòng)已經(jīng)不僅僅停留在研發(fā)階段，而是已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)到成果轉(zhuǎn)化及市場(chǎng)應(yīng)用階段?！?021 年中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》顯示，2020 年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)為全球貢獻(xiàn)了40%左右的份額，連續(xù)多年穩(wěn)坐世界最大機(jī)器人消費(fèi)國(guó)地位［2］。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)專利的申請(qǐng)由國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人和國(guó)外來(lái)華申請(qǐng)人2 部分組成，在41 303 件專利中，國(guó)外來(lái)華專利約900 余件，占我國(guó)總申請(qǐng)量的2.18%。經(jīng)進(jìn)一步分析可知，國(guó)外來(lái)華的申請(qǐng)人中企業(yè)占比達(dá)93.95%，國(guó)內(nèi)則占到64.69%，可見國(guó)外來(lái)華企業(yè)具有明確的目標(biāo)市場(chǎng)，為進(jìn)一步的商業(yè)活動(dòng)做好技術(shù)布局基礎(chǔ)。

圖2 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人專利申請(qǐng)人類型

4.2 主要申請(qǐng)人分析

通過(guò)對(duì)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)專利數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可了解此領(lǐng)域的主要?jiǎng)?chuàng)新主體情況。圖3為我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域排名前20的專利申請(qǐng)人。其中，高校申請(qǐng)人有17名，企業(yè)申請(qǐng)人有2名，科研院所有1名。對(duì)主要申請(qǐng)人的技術(shù)構(gòu)成進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，他們的共同點(diǎn)為技術(shù)申請(qǐng)均主要集中在本體構(gòu)成的機(jī)械手及末端執(zhí)行器領(lǐng)域。在此基礎(chǔ)上，珠海格力電器股份有限公司在機(jī)器人本體的傳動(dòng)部件中技術(shù)申請(qǐng)數(shù)量稍顯突出；浙江工業(yè)大學(xué)、華南理工大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)在控制系統(tǒng)的專利申請(qǐng)數(shù)量稍顯突出；珠海格力電器股份有限公司和哈爾濱工業(yè)大學(xué)在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的專利申請(qǐng)稍顯突出。對(duì)主要申請(qǐng)人的專利類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出，廣西大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)的專利申請(qǐng)中發(fā)明專利的占比具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技、上海交通大學(xué)的發(fā)明專利授權(quán)率遙遙領(lǐng)先，通過(guò)這些統(tǒng)計(jì)數(shù)值可以大致了解相關(guān)申請(qǐng)人的專利質(zhì)量情況。

圖3 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人排名前20的專利申請(qǐng)人

5 地域分布及特點(diǎn)分析

我國(guó)工業(yè)機(jī)器人專利申請(qǐng)地市排名如圖4 所示。統(tǒng)計(jì)區(qū)域排名前10地市的專利申請(qǐng)量占全國(guó)專利申請(qǐng)量的41.16%，可見我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展具有明顯的區(qū)域集聚特點(diǎn)，主要分布在長(zhǎng)三角地區(qū)、珠三角地區(qū)和京津地區(qū)。對(duì)主要申請(qǐng)人的技術(shù)構(gòu)成進(jìn)行分析可得，蘇州的技術(shù)分布較為全面，技術(shù)構(gòu)成排名前15中有10 個(gè)IPC 排名均為首位；北京在機(jī)械手和控制系統(tǒng)的技術(shù)布局較為突出。

圖4 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人專利申請(qǐng)地市分布排名

地域分布排名第1的是蘇州，其主要申請(qǐng)人有蘇州艾利特機(jī)器人有限公司、江蘇捷帝機(jī)器人股份有限公司和蘇州高通機(jī)械科技有限公司等。蘇州的前10申請(qǐng)人中僅有一所高校，其他均為企業(yè)，可見，此地區(qū)工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化程度較高。排名第2的地市是深圳，其主要申請(qǐng)人有深圳市越疆科技有限公司、大族激光科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司和哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）等。深圳排名前10 申請(qǐng)人中由7家企業(yè)和3所高校共同組成，可見此區(qū)域的產(chǎn)業(yè)化程度也在逐漸提高。排名第三的地市是上海，其主要申請(qǐng)人有上海交通大學(xué)、上海大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)等。上海地區(qū)的前申請(qǐng)人由5所高校、4 家企業(yè)和1 家科研院所構(gòu)成，可見此區(qū)域處于研發(fā)階段的技術(shù)占有很大比例。

6 小結(jié)

通過(guò)對(duì)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

（1）我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的專利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)分為3 個(gè)階段：2000 年前為技術(shù)萌芽期，專利申請(qǐng)數(shù)量較少，且已經(jīng)全部失效；2001～2012年為技術(shù)發(fā)展增長(zhǎng)期，專利數(shù)逐漸增多，目前仍有20%的專利為有效專利，專利價(jià)值較高；2013年至今為技術(shù)發(fā)展爆發(fā)期，專利申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)速度急劇加快。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)起步較晚，外國(guó)來(lái)華申請(qǐng)人對(duì)我國(guó)專利布局較早且萌芽期申請(qǐng)量占比較高，隨著我國(guó)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)專利申請(qǐng)量爆發(fā)式增長(zhǎng)，申請(qǐng)量占比也越來(lái)越高。

（2）我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的專利申請(qǐng)的技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)主要分布在機(jī)器人本體，排名前15的技術(shù)構(gòu)成中分布在本體的技術(shù)有9個(gè)IPC分類，其申請(qǐng)量占總申請(qǐng)量的81.14 %，其中機(jī)械手和末端執(zhí)行器的技術(shù)領(lǐng)域最熱門，申請(qǐng)量約占總申請(qǐng)量的一半；機(jī)器人的核心技術(shù)大多分布于控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，然而我國(guó)工業(yè)機(jī)器人在控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域分布較為欠缺，排名前15的技術(shù)構(gòu)成中二者申請(qǐng)量之和約占總申請(qǐng)量的8%。近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)快速發(fā)展，但是在控制器、減速器和伺服電機(jī)等方面的技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)相比還有較大差距，很多產(chǎn)品依然依賴進(jìn)口。

（3）我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的創(chuàng)新主體類型主要為企業(yè)和大專院校，分別占申請(qǐng)人總量的65.3%和22.16%。我國(guó)排名前20的申請(qǐng)人中大專院校占有17個(gè)名額，可見，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)雖主要由企業(yè)掌握，但是技術(shù)分布較為分散，尚未形成技術(shù)壟斷型企業(yè)。相比之下，高校對(duì)此領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)更為集中。排名前20的主要申請(qǐng)人的技術(shù)構(gòu)成與我國(guó)工業(yè)機(jī)器人總體技術(shù)構(gòu)成特點(diǎn)相同，以機(jī)械手和末端執(zhí)行器的技術(shù)研究最為熱門。

（4）我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展具有明顯的區(qū)域集聚特點(diǎn)，通過(guò)主要申請(qǐng)人的排名可知其主要分布在長(zhǎng)三角地區(qū)、珠三角地區(qū)和京津地區(qū)。可見，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展較好的地市均分布在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)。長(zhǎng)三角地區(qū)布局有較為完整的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈條，其本體研發(fā)及生產(chǎn)企業(yè)占比位于全國(guó)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)域首位［3］。在京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的有效引導(dǎo)和高效推動(dòng)下，京津冀三地機(jī)器人產(chǎn)業(yè)逐步形成優(yōu)勢(shì)并存、特色互補(bǔ)的發(fā)展格局［3］。北京市作為三地機(jī)器人技術(shù)最早的發(fā)源地，其專利技術(shù)資源優(yōu)勢(shì)比較明顯［4］。京津冀地區(qū)機(jī)器人本體研發(fā)企業(yè)相對(duì)較少，大多集中在核心零部件創(chuàng)新及系統(tǒng)集成方面。

與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的很多關(guān)鍵核心技術(shù)仍然有待進(jìn)一步突破，高端供給仍顯不足，行業(yè)應(yīng)用水平有待進(jìn)一步提高［5］。建議如下：

（1）科學(xué)制定發(fā)展戰(zhàn)略，進(jìn)一步完善政府扶持政策體系。加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃，國(guó)家、省市一盤棋，上下聯(lián)動(dòng)。堅(jiān)持“政府引導(dǎo)、企業(yè)參與、市場(chǎng)運(yùn)作”的指導(dǎo)思想，加快轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐。

（2）加強(qiáng)核心技術(shù)攻關(guān)，建立健全創(chuàng)新體系。保持我國(guó)研發(fā)數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)的勢(shì)頭，加強(qiáng)控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)布局，提高專利質(zhì)量和專利轉(zhuǎn)化能力，核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件創(chuàng)新有序推進(jìn)。

（3）龍頭企業(yè)帶動(dòng)特色產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。著力發(fā)揮龍頭、骨干企業(yè)的核心帶動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同發(fā)展，推動(dòng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品規(guī)模化生產(chǎn)。企業(yè)間開展技術(shù)、融資等多種形式的聯(lián)合、并購(gòu)和重組，形成相互競(jìng)爭(zhēng)又相互合作的技術(shù)組群和產(chǎn)業(yè)集群。

（4）健全人才保障體系。加強(qiáng)機(jī)器人科技人才和操作技術(shù)人員培養(yǎng)，建設(shè)機(jī)器人理論研究、技術(shù)開發(fā)和技術(shù)應(yīng)用專業(yè)團(tuán)隊(duì)。支持高校和科研院所引進(jìn)高層次人才，培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)和復(fù)合型高端人才。