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【分析】工业机器人专利数据解析,国产机器人的底气如何?

时间:2019-12-06 来源:机器人在线 阅读:691


随着人力成本的上涨,中国制造业越来越重视机器自动化的投入,使得工业机器人产业得到了巨大的发展。2009年以来,我国机器人市场持续快速增长,年均增长速度超过40%,到目前为止,我国工业机器人市场份额已占据全球市场的20%。


中国对于工业机器人巨大的需求量让众多国外知名的机器人品牌赚的“盆满钵满”。到目前为止,“四大家族”在国内依旧占据了超过50%的市场份额。近年来国产机器人虽然在不断追赶,但是技术上的差距不是一朝一夕就能赶上的,想要实现“弯道超车”仍然需要技术的沉淀。今天我们就国产工业机器人相关专利分析进行探讨,以此为鉴,既能看到目前我国在机器人领域仍然面临的问题,也能看到我国机器人领域整体进步与迅速提升的创新势头。


中国工业机器人专利现状分析


对工业机器人技术的中国专利数据进行检索和统计分析,截止到2019年1月1日,共检索到工业机器人技术的专利申请量为 7023 件,其中有效专利 3563 件,过期专利 936 件,审查中专利 2041 件,未授权结案专利 483 件。


中国工业机器人专利申请量统计

数据来源:帮专网


中国作为目前世界上最大的工业机器人需求国,自然有很多公司、研究所和院校对工业机器人的相关专利进行布局。


国内工业机器人技术主要专利权人申请量统计表

数据来源:帮专网


ABB 公司在国内对于工业机器人整体技术专利申请数量最多,达到了 129 件,排名第二、第三位的是华南理工大学与新松机器人公司,分别申请了 73、71 件,在前三名中, ABB 公司的申请量远大于第二第三位的申请人,可见ABB公司对于中国市场的重视,同时也体现ABB公司强大的研发实力。


作为机器人行业的后起之秀,配天机器人同样专注于研发,以此来提升企业的核心竞争力。近年来,配天机器人不断在专利领域布局,目前已经取得了一定的成绩。如下图所示,在工业机器人专利授权量方面,配天都已跻身国内机器人前列。


配天机器人专利情况表


根据上表(国内工业机器人申请量排名前 20 的申请人类型情况),工业机器人专利申请的主力依然是企业,申请数量达到750件,占比74%;其次是高校,申请数量为208件,占比20%;最后是科研院所,申请数量为59件,占比6%。


值得注意的是,在排名前 20 的申请人中,四分之一是外资企业,我国在工业机器人的技术上正在逐渐追赶国外,国内机器人产业市场存在着巨大的发展潜力。但是,目前我国国内机器人企业的技术研发能力仍显不足,专利申请数量较少。


下图为国内工业机器人行走机构技术专利主要 IPC 分布图,从图中可以看出,申请量最多的是 B25J9(程序控制机械手),有 138 件;B25J5(装在车轮上或车厢上的机械手)申请有 85 件专利、B25J19(与机械手配合的附属装置,例如用于监控、用于观察;与机械手组合的安全装置或专门适用于与机械手结合使用的安全装置)申请有 77 件专利、B25J15(夹头)申请有 53 件专利,B25J11(其他机械手)申请有 35 件专利。


这表明在机器人行走机构技术领域, 程序控制技术是诸多专利申请人最为关注的技术,其次,工业机器人的移动装置和附属装置设计也是关注较多的技术点。


中国工业机器人专用技术IPC分布图

来源:帮专网


纳博特斯克、ABB、三菱、安川电机等企业机器人本体外观专利设计申请图

来源:帮专网


下表(中国工业机器人技术专利年度申请量趋势图)能清楚的反应出,在2010年之前,我国的工业机器人专利申请量基数小且增长速度缓慢;但在2010-2017年,专利申请量呈现出一个明显的快速上升趋势,说明在这一阶段,我国的工业机器人行业正处于高速发展时期,国家政策以及企业自动化改造需求使得中国的工业机器人需求量激增。但在2018年,中国工业机器人市场出现了首次销量下滑,专利申请量的“腰斩”也很明显地说明了问题。


中国工业机器人技术专利年度申请量趋势图

来源:帮专网


“四大家族”等领先企业在全球的专利布局


在工业机器人产业全球重要专利申请人中,日本的安川电机公司和发那科公司分别以5823项和4512项专利申请位居全球前两位,ABB、三星、日立、三菱、丰田、精工爱普生、松下、富士通、本田、东芝、索尼、库卡、和西门子等公司申请专利数量紧随其后。


这些企业全部来自日韩欧美等发达国家和地区,不得不说,日本在这一领域拥有的专利优势很大。上面这些企业因为起步早,技术先进,市场份额大,牢牢掌握着话语权。而我国的工业机器人起步晚,从20世纪90年代才开始,目前与国外知名厂家的技术水平仍有一定的差距。


数据来源:网络


安川、FANUC、KUKA、ABB公司四大公司在上世纪70年代开始了全球专利申请,分别于1995年、2003年、1985年、1996年开始在中国进行专利布局,尤其是KUKA公司在中国专利申请量最大。在被美的收购之后,库卡对中国市场的重视程度也可见一斑。


国内领先企业专利布局分析


申请数量分析


针对埃夫特等8家国内工业机器人研发、制造领先企业,在工业机器人整体及机械本体、控制系统、驱动系统等技术领域进行专利检索,得到各专利权人申请量如下图所示。


来源:网络   主要专利权人申请量分布(单位:件)


新松和埃斯顿的专利申请量在国内处于明显优势,尤其新松的专利申请量高达297件;其中新松、埃斯顿、埃夫特三家公司进行了海外专利布局,新松、埃斯顿海外专利布局主要针对美国,埃夫特海外专利布局涉及日本、美国、印度等国家。


申请趋势分析


来源:网络   主要专利权人申请趋势


由上图可看出,国内主要专利权人从2003年开始申请工业机器人相关的专利,2011年之前处于较为缓慢的发展,2012年专利申请量呈爆发式增长,达130件。近几年虽有所下降,但仍维持在一个较高的申请量。


备注:2017年的数据受专利公开的限制,因此较少,不代表实际申请量。


来源:网络   各主要专利权人申请趋势


技术领域布局分析


来源:网络   技术领域布局情况


由上图可看出,专利布局主要集中在控制器、机械臂、驱动器和外观设计上。控制系统占比较大,涉及控制器、驱动器、安全系统、通信接口、示教器等方面。机械本体部分主要集中于机械臂、末端执行器和机械手上。


新松的专利技术主要集中于控制系统和机械本体,埃斯顿和华中数控主要集中于驱动系统和控制系统,埃夫特和广州数控主要集中于控制系统和集成,新时达、汇川和固高主要集中于控制系统。控制系统的研究是目前国内工业机器人代表企业重点布局的领域。


目前面临的问题


1.从上面这些代表企业的情况来看,我国工业机器人在专利布局领域已经取得了一些成绩,但是依然与国际领先企业有较大的差距。


2.高端技术专利仍然比较薄弱,核心零部件(减速机、控制器、伺服电机等)的知识产权储备和专利拥有量薄弱。被国外掌握的核心零部件技术扼住了国产机器人企业的命脉,价格高昂且供货周期长,让国产机器人的市场竞争力不断下降。


3.国产机器人企业目前的专利布局仍然主要集中在国内,对于国外市场的专利布局较弱,这对于国产机器人日后走出国门不被专利“卡脖子”是尤为重要的。


工业机器人市场下行,2019年上半年全球工业机器人专利申请量为777项

数据来源:incopat


在经历了2018年中国工业机器人销量首次下滑之后,国内的机器人专利申请情况也十分惨淡。2019年上半年仅有777件申请,可谓“一夜回到解放前”。业内人士表示,这其中既有全球经济下行,贸易争端频发下,企业对研发投入的不稳定和谨慎,也有在目前的技术水平下,行业发展到达了一种瓶颈期,缺乏需求的拉动的驱使,技术研发的进程和投入显得不尽人意。


国产机器人企业在专利申请领域应该如何布局?


1、国内外工业机器人市场面临知识产权风险


“四大家族”在上世纪70年代开始了全球专利申请。他们所申请的部分专利的技术特征与国内某些企业相关工业机器人产品类似,建议后续针对具体的产品做详细的专利侵权分析。部分处于研发阶段,可以提前根据关键技术的专利现状进行规避设计或者调整研发路线,避免后续知识产权风险;另一方面可以针对具体的亟待的技术问题和难点在专利文献中寻找技术解决方案。


2、工业机器人技术产业化应以专利为突破口  


每一次技术产业化的时间点都是专利申请量的峰值。专利是产品进入市场的保护伞,专利申请的时间和地域选择与产业化发展方向密切相关。


3、收购具有技术研发实力的公司是快速提升竞争力的方式


收并购国内外具有自主知识产权、较强的研发团队以及领先的市场地位的相关企业也逐渐成为国内企业快速提升规模、提升核心竞争力、快速完成国际化经营布局的重要途径。


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