工業(yè)機器人作為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，已經(jīng)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(jīng)濟體如美國、日本、歐盟紛紛加快推進工業(yè)機器人發(fā)展和應(yīng)用步伐，以期在新一輪工業(yè)革命中占據(jù)制高點，保持或重獲制造業(yè)競爭優(yōu)勢。

 

　　專利是技術(shù)創(chuàng)新的載體，在當今知識經(jīng)濟時代，亦是一種戰(zhàn)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(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)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(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢。

 

 

　　2016年3月，由中國科學(xué)院沈陽自動化研究所、中國科學(xué)院文獻情報中心、工業(yè)和信息化部電子科學(xué)技術(shù)情報研究所聯(lián)合承擔(dān)的工業(yè)和信息化部知識產(chǎn)權(quán)推進計劃項目—“工業(yè)機器人專利態(tài)勢分析與風(fēng)險應(yīng)對策略研究”順利通過驗收。該項目對工業(yè)機器人關(guān)鍵技術(shù)、重點應(yīng)用領(lǐng)域、主要競爭區(qū)域的技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀、技術(shù)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(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀提供科學(xué)依據(jù)，為進行工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的前瞻性布局提供有效支撐，為制定我國工業(yè)機器人發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃提供重要的決策依據(jù)。同時，也將為我國工業(yè)機器人生產(chǎn)和制造企業(yè)全面、客觀地了解工業(yè)機器人研發(fā)和競爭態(tài)勢、瞄準市場定位、提升自主創(chuàng)新能力提供重要的參考依據(jù)。

 

　　本文對項目報告中的核心內(nèi)容進行重點解讀。

 

　　截至2015年11月，工業(yè)機器人領(lǐng)域全球?qū)＠暾埩恳殉^8萬項。從全球?qū)＠暾堏厔輥砜?，工業(yè)機器人相關(guān)技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用經(jīng)歷了20世紀50~70年代的萌芽期、70~90年代的初步發(fā)展期，如今已處于蓬勃發(fā)展階段。工業(yè)機器人專利申請雖伴有階段性回落，但總體呈現(xiàn)逐步上揚的態(tài)勢。

 

　　從專利申請（技術(shù)來源）、受理（技術(shù)流向）區(qū)域分布情況看，中國、日本、美國、韓國、德國既是工業(yè)機器人技術(shù)的研發(fā)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(fā)那科（fanuc）、瑞士abb、德國庫卡（kuka）為代表日企、歐企是工業(yè)機器人市場競爭的主角，我國申請人在工業(yè)機器人技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)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。

 

 

　　傳感、控制系統(tǒng)擔(dān)當機器人的“感覺器官”和“大腦”，是機器人智能水平的關(guān)鍵所在。傳感控制技術(shù)作為工業(yè)機器人的核心關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展歷程伴隨著工業(yè)機器人的更新?lián)Q代：

 

　　上世紀50~70年代的機器人屬于示教再現(xiàn)的工作方式。機器人具有記憶和存儲能力，只能按預(yù)編程序重復(fù)作業(yè)，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(shù)的融入，機器人對作業(yè)環(huán)境、作業(yè)對象具有一定程度的感知能力，工業(yè)機器人的控制方式通常稱為伺服控制。該階段出現(xiàn)了專利申請量的第一個“馬鞍形”曲線。1983年，工業(yè)機器人傳感控制技術(shù)全球?qū)＠暾埩窟_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(huán)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(yīng)性、自主性是第三代智能機器人的重要標志。2000年以后，工業(yè)機器人傳感控制技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾堃恢背食掷m(xù)增長的態(tài)勢，2015年達歷史峰值2030項?？梢灶A(yù)測，在未來幾十年，傳感控制技術(shù)專利申請量將繼續(xù)保持快速增長的趨勢。

 

　　截至檢索日，工業(yè)機器人傳感控制技術(shù)全球?qū)＠偭繛?4485項。其中，日本是專利產(chǎn)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(fā)達國家在工業(yè)機器人核心關(guān)鍵技術(shù)上的全球化布局程度較高。

 

　　工業(yè)機器人傳感控制技術(shù)的研發(fā)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(shù)據(jù)生成、接收、存儲（signalgenerate、receive、store）；數(shù)據(jù)通信（communicationnetwork）；移動機器人控制如導(dǎo)航（guide）、路徑規(guī)劃（motionguide、pathplan）、地圖建立（mapplan）。

 

　　工業(yè)機器人的重點應(yīng)用領(lǐng)域，具體包括：

 

　　1)綜合類：自動化生產(chǎn)線（automaticproductionline）

 

　　2)焊接領(lǐng)域：焊炬（weldtorch）；焊條、電極等（electrode）。

 

　　3)搬運領(lǐng)域：半導(dǎo)體器件如晶圓、液晶面板的運輸、搬運（semiconductortransfer、substratetransfer）

 

　　4)裝配領(lǐng)域：印刷電路板（circuitboard）中電子元器件的安裝

 

　　5)加工領(lǐng)域：金屬加工（metalcast）、合金線材制造（alloywiremanufacture）

 

　　近5年，以自動化生產(chǎn)線為主題的專利聚類愈加密集，反映出工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動化裝備的主流。

 

　　梳理傳感控制技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)如下：

 

　　控制技術(shù)的演進歷程：在機械結(jié)構(gòu)層面，上世紀90年代前經(jīng)歷了單機械臂、腕關(guān)節(jié)、多臂控制等階段。隨著人工智能技術(shù)的不斷進步，研發(fā)熱點逐步向移動機器人、多機器人系統(tǒng)控制過渡。傳感技術(shù)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(yè)自動化程度的不斷提升，涌現(xiàn)出各種類型、各種用途的高端傳感器。近年來，傳感控制技術(shù)研發(fā)較多地集中在通信、協(xié)同作業(yè)等方向。

 

　　總體來看，日本、美國、德國在傳感控制技術(shù)領(lǐng)域部署了相當數(shù)量的核心專利，對關(guān)鍵技術(shù)的掌握占據(jù)絕對優(yōu)勢，為競爭對手留下的發(fā)展空間有限。