随着工业机器人应用领域的不断扩大以及现代工业的快速发展，人们对工业机器人性能的要求越来越高，以期进一步提高生产效率和产品质量，因此高速、高精度、智能和模块化成为目前工业机器人发展的主要趋势。近年来全球工业机器人相关专利申请数量持续快速增长。该文基于汤森路透公司的Derwent Innovation Index数据库，利用TDA、Excel等分析工具，对全球工业机器人相关专利进行了分析，揭示了全球工业机器人相关专利技术的研发和竞争态势。
1、引言
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人[1]。工业机器人综合了计算机、控制论、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科，由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。工业机器人的产品分类方式多种多样[2]。按臂部运动形式的不同，工业机器人可以分为4种：直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型和关节型。按照应用领域的不同工业机器人可以分为：弧焊机器人、电焊机器人、喷涂机器人、码垛机器人、搬运机器人、装配机器人及检测机器人等。
工业机器人产业的发展越来越受到世界各国的高度关注，主要经济体纷纷将发展机器人产业上升为国家战略，并以此作为保持和重获制造业竞争优势的重要段。根据国际机器人联合会(IFR)公布的全球工业机器人的销量数据[3]来看，工业机器人产业在经历了2009年的全球经济衰退后，从2010年开始逐渐复苏。2014年全球工业机器人销量为22.50万台，同比增速为26.31%，无论是销量还是增速均创历史新高。其中汽车行业和电子行业是工业机器人销售量最高的两个行业，焊接、搬运和装配是工业机器人应用最多的三大应用功能。
全球机器人总销量的70%集中在中国、韩国、日本、美国和德国这5个国家，并且中国已成为全球第一大工业机器人市场[3]。2005年至2014年期间，中国工业机器人的销售量以年均25%左右的速度高速增长。2013年国际机器人联合会的统计数据显示，韩国的工业机器人密度全球最高，达到437台/万人，日本为323台/万人，德国为282台/万人，美国为152台/万人。然而，子锐机器人维修，中国的工业机器人密度仅为30台/万人，远低于国际平均水平。
本文通过对工业机器人领域的专利进行分析，揭示工业机器人技术研发布局及全球市场竞争态势。专利数据检索自汤森路透Derwent Innovations Index(DII)数据库和Thomson Innovation(TI)数据库，利用专利检索策略1，共检索到46482项专利文献(检索时间2015年10月)。专利数据分析工具包括汤森路透数据分析工具(Thomson Data Analyzer,TDA)、汤森路透创新专利分析平台(Thomson Innovation,TI)以及Excel等。
2全球工业机器人专利技术分析
2.1全球专利数量年度变化趋势
全球最早的工业机器人专利申请始于1954年(图1)，该专利由美国人乔治德沃尔申请，专利名称为可编程的操作装置。基于这项专利，乔治德沃尔联合约瑟夫英格伯格在1959年生产出世界上第一台工业机器人“Unimation robots”[2]。1950至1960年代的机器人基本都属于“可编程的示教再现型机器人”[4]，即通过示教编程存储作业程序的机器人。
1970年代至1980年代末期，专利数量飞快增长，并且出现了具有一定感觉功能和自适应离线编程能力的“知觉判断机器人”[4]。工业机器人“四大家族”：库卡、ABB、安川、FANUC公司分别在1974年、1976年、1978年和1979年开始了全球专利布局。
从1990年代至今，工业机器人的专利申请量迅猛增长。此阶段机器人带有多种传感器，能够将多种传感器所得到的信息进行融合，能够有效地适应环境变化，具有很强的自适应能力、学习能力和自治功能。
工业机器人专利申请量前5位国家中(图2)，美国最早开始工业机器人的研发，其研发活动可追溯到1950年代早期。日本和德国对工业机器人的专利申请晚了将近10年，直到1960年代末期才出现工业机器人技术的专利申请。中国和韩国都是于1980年代早期进入该研究领域。
美国作为最早进入工业机器人领域的国家，在工业机器人领域的专利申请涨幅不大，主要原因是美国政府担忧工业机器人会造成失业率增加，一直以来并不鼓励工业机器人的生产和利用[5]。日本在战后劳动力日趋紧张的形势下，政府大力扶持工业机器人产业以提高日本制造的效率和质量[5]，因此日本在1970年代末期超过美国成为工业机器人专利申请的第一大国。经过近40年的发展，日本企业基本占据了工业机器人的大部分市场，只有少数非日本的公司能在市场上有一席之地，如美国的AdeptTechnology公司、瑞士的St?ubli-Unimation公司、瑞典的ABB公司、德国的KUKA公司和意大利的Comau公司[2]。韩国和中国作为后起之秀，近10年来专利申请量增长迅猛，并且中国的专利申请量已超过日本位列第一位。
国内最早的工业机器人专利申请始于1983年(图3)。从此，中国对工业机器人攻关研发的序幕正式拉开。整个1980年代至1990年代，工业机器人的专利数量较少，子锐机器人维修，一方面由于我国工业机器人的研发实力有限，另一方面在于我国科研机构和相关企业的专利保护意识薄弱。进入2000年后，我国制造业人口红利逐渐消失，在国家相关政策及重大项目的支持下，我国工业机器人的专利申请量有了飞速增长。
2.2专利技术来源国和市场国
专利技术的来源国是指专利的最早优先权国家，这里我们假定所有专利的最早优先权国家都是本国。从专利技术的国家来源看(图4)，日本的专利量位列第1，占总数的30%，中国和美国分别排在第2和第3位，分别占总数的22%和11%。东亚除日本和中国外，韩国的技术实力也相当雄厚。俄罗斯和韩国并列第5位。欧洲地区除了德国实力较强外，法国和瑞典也均进入专利申请的前10位国家。北美的加拿大以1%的占比排在第10位。
专利技术的市场国是指专利的同族专利申请国，常同族专利簇涉及的申请国家均是该专利技术的市场布局国家。从专利技术的市场分布来看(图5)，专利市场主要分布于日本、中国、美国、德国、欧洲专利局、韩国、世界知识产权组织、俄罗斯、法国等。这也体现了日、中、美、韩是工业机器人的主要市场。
2.3专利申请量排名前20的申请人
