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【分析】工業機器人專利數據解析,國產機器人的底氣如何?

時間:2019-12-06 來源:機器人在線 閱讀:699


隨著人力成本的上漲,中國制造業越來越重視機器自動化的投入,使得工業機器人產業得到了巨大的發展。2009年以來,我國機器人市場持續快速增長,年均增長速度超過40%,到目前為止,我國工業機器人市場份額已占據全球市場的20%。


中國對于工業機器人巨大的需求量讓眾多國外知名的機器人品牌賺的“盆滿缽滿”。到目前為止,“四大家族”在國內依舊占據了超過50%的市場份額。近年來國產機器人雖然在不斷追趕,但是技術上的差距不是一朝一夕就能趕上的,想要實現“彎道超車”仍然需要技術的沉淀。今天我們就國產工業機器人相關專利分析進行探討,以此為鑒,既能看到目前我國在機器人領域仍然面臨的問題,也能看到我國機器人領域整體進步與迅速提升的創新勢頭。


中國工業機器人專利現狀分析


對工業機器人技術的中國專利數據進行檢索和統計分析,截止到2019年1月1日,共檢索到工業機器人技術的專利申請量為 7023 件,其中有效專利 3563 件,過期專利 936 件,審查中專利 2041 件,未授權結案專利 483 件。


中國工業機器人專利申請量統計

數據來源:幫專網


中國作為目前世界上最大的工業機器人需求國,自然有很多公司、研究所和院校對工業機器人的相關專利進行布局。


國內工業機器人技術主要專利權人申請量統計表

數據來源:幫專網


ABB 公司在國內對于工業機器人整體技術專利申請數量最多,達到了 129 件,排名第二、第三位的是華南理工大學與新松機器人公司,分別申請了 73、71 件,在前三名中, ABB 公司的申請量遠大于第二第三位的申請人,可見ABB公司對于中國市場的重視,同時也體現ABB公司強大的研發實力。


作為機器人行業的后起之秀,配天機器人同樣專注于研發,以此來提升企業的核心競爭力。近年來,配天機器人不斷在專利領域布局,目前已經取得了一定的成績。如下圖所示,在工業機器人專利授權量方面,配天都已躋身國內機器人前列。


配天機器人專利情況表


根據上表(國內工業機器人申請量排名前 20 的申請人類型情況),工業機器人專利申請的主力依然是企業,申請數量達到750件,占比74%;其次是高校,申請數量為208件,占比20%;最后是科研院所,申請數量為59件,占比6%。


值得注意的是,在排名前 20 的申請人中,四分之一是外資企業,我國在工業機器人的技術上正在逐漸追趕國外,國內機器人產業市場存在著巨大的發展潛力。但是,目前我國國內機器人企業的技術研發能力仍顯不足,專利申請數量較少。


下圖為國內工業機器人行走機構技術專利主要 IPC 分布圖,從圖中可以看出,申請量最多的是 B25J9(程序控制機械手),有 138 件;B25J5(裝在車輪上或車廂上的機械手)申請有 85 件專利、B25J19(與機械手配合的附屬裝置,例如用于監控、用于觀察;與機械手組合的安全裝置或專門適用于與機械手結合使用的安全裝置)申請有 77 件專利、B25J15(夾頭)申請有 53 件專利,B25J11(其他機械手)申請有 35 件專利。


這表明在機器人行走機構技術領域, 程序控制技術是諸多專利申請人最為關注的技術,其次,工業機器人的移動裝置和附屬裝置設計也是關注較多的技術點。


中國工業機器人專用技術IPC分布圖

來源:幫專網


納博特斯克、ABB、三菱、安川電機等企業機器人本體外觀專利設計申請圖

來源:幫專網


下表(中國工業機器人技術專利年度申請量趨勢圖)能清楚的反應出,在2010年之前,我國的工業機器人專利申請量基數小且增長速度緩慢;但在2010-2017年,專利申請量呈現出一個明顯的快速上升趨勢,說明在這一階段,我國的工業機器人行業正處于高速發展時期,國家政策以及企業自動化改造需求使得中國的工業機器人需求量激增。但在2018年,中國工業機器人市場出現了首次銷量下滑,專利申請量的“腰斬”也很明顯地說明了問題。


中國工業機器人技術專利年度申請量趨勢圖

來源:幫專網


“四大家族”等領先企業在全球的專利布局


在工業機器人產業全球重要專利申請人中,日本的安川電機公司和發那科公司分別以5823項和4512項專利申請位居全球前兩位,ABB、三星、日立、三菱、豐田、精工愛普生、松下、富士通、本田、東芝、索尼、庫卡、和西門子等公司申請專利數量緊隨其后。


這些企業全部來自日韓歐美等發達國家和地區,不得不說,日本在這一領域擁有的專利優勢很大。上面這些企業因為起步早,技術先進,市場份額大,牢牢掌握著話語權。而我國的工業機器人起步晚,從20世紀90年代才開始,目前與國外知名廠家的技術水平仍有一定的差距。


數據來源:網絡


安川、FANUC、KUKA、ABB公司四大公司在上世紀70年代開始了全球專利申請,分別于1995年、2003年、1985年、1996年開始在中國進行專利布局,尤其是KUKA公司在中國專利申請量最大。在被美的收購之后,庫卡對中國市場的重視程度也可見一斑。


國內領先企業專利布局分析


申請數量分析


針對埃夫特等8家國內工業機器人研發、制造領先企業,在工業機器人整體及機械本體、控制系統、驅動系統等技術領域進行專利檢索,得到各專利權人申請量如下圖所示。


來源:網絡 ? 主要專利權人申請量分布(單位:件)


新松和埃斯頓的專利申請量在國內處于明顯優勢,尤其新松的專利申請量高達297件;其中新松、埃斯頓、埃夫特三家公司進行了海外專利布局,新松、埃斯頓海外專利布局主要針對美國,埃夫特海外專利布局涉及日本、美國、印度等國家。


申請趨勢分析


來源:網絡 ? 主要專利權人申請趨勢


由上圖可看出,國內主要專利權人從2003年開始申請工業機器人相關的專利,2011年之前處于較為緩慢的發展,2012年專利申請量呈爆發式增長,達130件。近幾年雖有所下降,但仍維持在一個較高的申請量。


備注:2017年的數據受專利公開的限制,因此較少,不代表實際申請量。


來源:網絡 ? 各主要專利權人申請趨勢


技術領域布局分析


來源:網絡 ? 技術領域布局情況


由上圖可看出,專利布局主要集中在控制器、機械臂、驅動器和外觀設計上。控制系統占比較大,涉及控制器、驅動器、安全系統、通信接口、示教器等方面。機械本體部分主要集中于機械臂、末端執行器和機械手上。


新松的專利技術主要集中于控制系統和機械本體,埃斯頓和華中數控主要集中于驅動系統和控制系統,埃夫特和廣州數控主要集中于控制系統和集成,新時達、匯川和固高主要集中于控制系統。控制系統的研究是目前國內工業機器人代表企業重點布局的領域。


目前面臨的問題


1.從上面這些代表企業的情況來看,我國工業機器人在專利布局領域已經取得了一些成績,但是依然與國際領先企業有較大的差距。


2.高端技術專利仍然比較薄弱,核心零部件(減速機、控制器、伺服電機等)的知識產權儲備和專利擁有量薄弱。被國外掌握的核心零部件技術扼住了國產機器人企業的命脈,價格高昂且供貨周期長,讓國產機器人的市場競爭力不斷下降。


3.國產機器人企業目前的專利布局仍然主要集中在國內,對于國外市場的專利布局較弱,這對于國產機器人日后走出國門不被專利“卡脖子”是尤為重要的。


工業機器人市場下行,2019年上半年全球工業機器人專利申請量為777項

數據來源:incopat


在經歷了2018年中國工業機器人銷量首次下滑之后,國內的機器人專利申請情況也十分慘淡。2019年上半年僅有777件申請,可謂“一夜回到解放前”。業內人士表示,這其中既有全球經濟下行,貿易爭端頻發下,企業對研發投入的不穩定和謹慎,也有在目前的技術水平下,行業發展到達了一種瓶頸期,缺乏需求的拉動的驅使,技術研發的進程和投入顯得不盡人意。


國產機器人企業在專利申請領域應該如何布局?


1、國內外工業機器人市場面臨知識產權風險


“四大家族”在上世紀70年代開始了全球專利申請。他們所申請的部分專利的技術特征與國內某些企業相關工業機器人產品類似,建議后續針對具體的產品做詳細的專利侵權分析。部分處于研發階段,可以提前根據關鍵技術的專利現狀進行規避設計或者調整研發路線,避免后續知識產權風險;另一方面可以針對具體的亟待的技術問題和難點在專利文獻中尋找技術解決方案。


2、工業機器人技術產業化應以專利為突破口 ?


每一次技術產業化的時間點都是專利申請量的峰值。專利是產品進入市場的保護傘,專利申請的時間和地域選擇與產業化發展方向密切相關。


3、收購具有技術研發實力的公司是快速提升競爭力的方式


收并購國內外具有自主知識產權、較強的研發團隊以及領先的市場地位的相關企業也逐漸成為國內企業快速提升規模、提升核心競爭力、快速完成國際化經營布局的重要途徑。


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