老司机丨中国工业机器人发展及其专利布局分析

老司机

 

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在吹IP，他们将会与大家分享交通领域的黑科技，说说地上跑的、天上飞的，新能源汽车、高铁、智能驾驶……他们有数不尽的话题想和大家聊，还会用他们的专长来剖析时下热点问题。

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%。

目前我国已基本掌握了工业机器人的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键零部件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在20余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。

1. 工业机器人产业扶持政策

我国工业机器人起步于70年代初，其发展过程大致可分为三个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期，90年代的实用化期。从整体上来看，我国的工业机器人产业历经了第一个十年（1985年~1995年）的科技攻关阶段、第二个十年（1995年~2005年）的发展低迷阶段、第三个十年（2005年~2015年）的井喷式发展阶段，现在正处在第四个十年（2015年~2025年）的产业跃升阶段。

国家对工业机器人的发展给予了政策扶持，工业机器人研发被列为国家级的技术研究，科技攻关重点项目。国家及地区产业政策的支持，为中国的工业机器人发展提供了强劲动力。

表1 国内工业机器人产业政策

时间	政策 规划	主要 内容	颁布 机构
2012年	智能制造科技发展十二五专项规划	攻克工业机器人本体、精密减速器、伺服驱动器和电机、控制器等核心部件的共性技术，自主研发工业机器人工程化产品，实现工业机器人及其核心部件的技术突破和产业化。	科技部
2012年	十二五国家战略性新兴产业发展规划	重点支持工业机器人等关键技术开发、产业化和应用示范，建立健全智能制造装备产业体系，国内市场占有率达到50%，形成一批具有国际竞争力的产业集聚区和企业集团。	国务院
2012年	2012 年智能制造装备发展项目拟支持单位名单	对64个智能制造装备发展项目进行财政支持（包括22 个工业机器人或柔性自动化车间）。	财政部
2013年	工信部关于推进工业机器人产业发展的指导意见	到2020 年，形成较为完善的工业机器人产业体系，培育3-5 家具有国际竞争力的龙头企业和8-10个配套产业集群；工业机器人行业和企业的技术创新能力和国际竞争能力明显增强，高端产品市场占有率提高到45% 以上，机器人密度达到100以上，基本满足国防建设、国民经济和社会发展需要。	工信部
2015年	中国制造2025	围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等工业机器人、特种机器人，以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用需求，积极研发新产品，促进机器人标准化、模块化发展，扩大市场应用。突破机器人本体、减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈。	国务院
2015年	中国机器人产业十三五规划	提出了今后五年中国机器人产业的主要发展方向，包括加强基础理论和共性技术研究、提升自主品牌机器人和关键零部件的产业化能力、推进工业机器人和服务机器人的应用示范、建立完善机器人的试验验证和标准体系建设等。	工信部
2016年	《机器人产业发展规划（2016-2020年）》	实现目标：自主品牌工业机器人年产量10万台，六轴及以上工业机器人年产量5万台，核心部件国产化率50%，机器人密度达到至少150。	工信部

2. 国内领先企业主营业务及合作关系

我国工业机器人及含工业机器人的自动化生产线和工程项目，相关产品的年产销额已近5亿元。现有机器人研究开发和应用工程单位200多家，其中从事工业机器人研究和应用的有75家，共开发生产各类工业机器人约3000多台，90%以上用于生产，引进工业机器人做应用工程的约1000多台。

当前我国在工业机器人制造领域涌现了大批企业，这些企业或拥有自己的研发力量，或与相关的科研院所合作，积极投入到工业机器人的研发与生产中，技术含量有了迅猛的进步。

其中较为典型的代表企业包括中科院沈阳自动化研究所的新松机器人公司、上海新时达机器人有限公司、安徽埃夫特智能装备股份有限公司、南京埃斯顿自动化股份有限公司、广州数控设备有限公司、武汉华中数控股份有限公司、固高科技有限公司、深圳汇川技术股份有限公司等多家专业从事工业机器人生产的企业。

图1 国内工业机器人并购及合作情况

01各企业研究侧重有所不同：

埃斯顿、华中数控、新时达整体研发能力较强，在工业机器人本体、零部件、集成领域均进行了研究；

新松、埃夫特则更注重工业机器人本体、集成领域；

广州数控在工业机器人本体、零部件领域展开了研究；

汇川和固高则重点研究工业机器人零部件领域。

02在企业合作方面：

广州数控和新时达在专利申请方面没有合作关系，即拥有自主知识产权，但新时达收购了众为兴并自技术上和贝加莱具有合作关系；

新松是由中国科学院沈阳自动化所为主发起人投资组建的以机器人独有技术为核心，因此在技术层面和中国科学院合作密切；

埃斯顿和东南大学有专利技术的合作；

华中数控主要也是与高校合作，下有多个控股子公司；

汇川在控制系统方面和杭州汇坤控制技术公司及苏州默纳克控制技术有限公司合作研发；

固高和埃夫特在控制器技术方面有合作。

表2 工业机器人国内领先企业概况

企业 名称	供应链情况	竞争 优势
新松	控制器自主开发，与西门子（中国）有限公司就数字化工厂发展达成战略合作伙伴协议，双环传动与新松机器人签订了战略合作协议。	隶属中科院、国产机器人龙头，产品线全
埃斯顿	除减速器外购（RV减速器购自日本的纳博特斯克）之外，几乎全部实现国产化。	自主技术和核心零部件的国产机器人主力军
华中数控	除了减速器（与秦川机床合作）外，公司拥有机器人驱动、电机、控制器的核心技术。	自主研发核心零部件，收购江苏锦明切入集成领域
埃夫特	采购南通振康的RV减速器，也用日本的减速器；30%的控制器来源于与固高合资成立的公司；其机器人加工制造和装配工艺体系均为引进国际设备。	大规模产业化应用迈向研发制造
广州数控	国内少数掌握全套工业机器人本体制造技术的企业之一。	自主研发核心零部件
新时达	与贝加莱合作，收购众为兴。	自主研发核心零部件，汽车柔性机器人生产整线
汇川	入股泰达机器人；与山东欧瑞安电气有限公司合作，研究变频器等。	核心零部件伺服系统、控制系统、工业视觉系统
固高	固高自主研发基于PC的开放式运动控制器、嵌入式运动控制器、网络式运动控制器、计算机可编程自动化控制器产品与系统。	国内伺服系统和控制系统技术领先

3. 国内领先企业专利布局分析

01专利申请量分析

图2 主要专利权人申请量分布（单位：件）

针对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图2所示。

专利申请量可以从专利技术的角度反映企业在该技术领域的积累和发展。

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。

02申请趋势分析

图3 主要专利权人申请趋势

由图3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。

说明：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。

图4 各主要专利权人申请趋势

由图4可看出，新松从2003年开始申请工业机器人相关的专利，并且基本每年都有相应专利申请，2012年达到顶峰共计77件。埃斯顿也是相对较早开始研究工业机器人的，2004年即开始进行专利申请，从2008年开始每年都维持一定的量。华中数控、埃夫特、广州数控、新时达、汇川及固高进行工业机器人研发的时间较晚，申请专利时间相对来说也较晚。

03技术领域布局分析

图5 技术领域布局情况

由图5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。整体来看新松和埃斯顿是技术涉及比较全面的企业。

4. 结语

我国工业机器人发展已进入产业跃升阶段，自2012年起，工业机器人专利申请量呈爆发式增长，进入工业机器人市场较晚的企业如华中数控、埃夫特、广州数控、新时达、汇川及固高等，也完成了技术积累，着手进行专利布局。

尽管我国在工业机器人研发及专利布局方面已经取得了一些成就，但和国际先进水平相比，依然存在着不小的差距，主要面临以下三个问题：

01问题一

我国国产工业机器人以搬运和上下料机器人为主，产品处于行业低端，缺乏高端产品，高端机器人严重依赖进口，无法打开市场。

02问题二

工业机器人制造企业众多，大多通过与高校及科研院所合作或收购其他企业来扩充自身知识产权储备，但在减速器、伺服电机、控制器等关键技术领域，专利储备仍然较薄弱。

03问题三

新松、埃斯顿作为国内工业机器人行业的领军企业，专利申请量在国内处于优势，但海外专利布局仍是其痛点，申请量较少，无法依靠专利突围海外市场。

为缩小与国际先进水平之间的差距，我国企业应当持续关注全球工业机器人技术发展进度，积极寻求与高校及科研机构的合作，不断进行技术创新，针对专利布局热点，避其锋芒在外围进行布局，针对专利布局空白点，加紧研发率先布局。提升自主创新能力，是我国工业机器人技术发展的当务之急。

参考文献:

[1]工业机器人在制造业中的应用和发展[J]. 王海霞,李志宏,吴清锋. 机电工程技术. 2015(10)

[2]工业机器人的研究现状与发展趋势[J]. 田涛,邓双城,杨朝岚,张泽,郑海洋,王福利,周唐恺. 新技术新工艺. 2015(03)

[3]工业机器人的技术发展及其应用[J]. 骆敏舟,方健,赵江海. 机械制造与自动化. 2015(01)

[4]我国工业机器人产业发展战略与对策研究[J]. 左世全. 世界制造技术与装备市场. 2014(04)

[5]我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J]. 王田苗,陶永. 机械工程学报. 2014(09)

图片来源丨网络（侵删）

作者简介：李琪，集慧智佳交通事业部知识产权咨询师。

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