中国制造2025不打无准备之仗，全球机器人专利格局分析
《中国制造2025》规划的发布，引爆了中国的机器人行业，而机器人行业的政策利好还没有结束。工信部已经决定制定机器人产业发展的“十三五”规划，而这一规划最快将于今年10月底完成；同时扶持机器人产业发展的相关政策也将陆续出台，在重点制造领域大力推广机器人的应用。
机器人是推动制造业升级的重要工具，而推行中国智能制造、绿色生产是《中国制造2025》的重要内容。这也是由当前中国的现实背景决定的。随着中国人口红利的衰减，中国工业正在失去发展前进的动力，甚至有人认为中国将会失去“世界工厂”的地位。在招工难、用工贵的双重压力下，中小制造企业的生存也面临着巨大的挑战。即便是在劳动力相对丰富的中部地区，也面临着工业崛起的发展需求。
一、中国机器人产业现状
机器人行业的发展是时代的选择，机器人产业也在市场需求的推动下高歌猛进。然而，机遇的背后，危险正在潜伏。虽然中国的机器人市场被粉饰成一片火热景象，但是中国的机器人市场并不是歌舞升平，起码对国产机器人企业不是这样。创新力差、核心技术缺失、高端失守、低端重复等问题，都是限制中国机器人产业发展的重要因素。当前，中国机器人产业的几大行业问题可以概括为三大现象：散、杂、弱：
散：当前的机器人行业，企业多、品牌多、研发机构多，但众多的企业和研发机构之间缺乏沟通，各自为战，造成了低端技术重复研究，浪费了大量的时间和精力，而高端技术又无人研究，核心技术缺失。
杂:中国机器人产业的“杂”象主要表现在软件标准杂、通讯标准杂和行业标准杂。各个机器人厂家之间的产品不兼容，这一方面加剧了彼此之间的竞争，同时也为消费者在选用机器人产品的时候造成了困扰。
弱:国产机器人在与外来机器人品牌竞争中处于劣势，主要表现在资质弱势，品牌弱势和资金链弱势。国产机器人企业大部分起步都比较晚，而外国机器人公司在中国机器人市场布局多年，具有很强的品牌优势，造成了很多企业在采购机器人时完全不考虑国产机器人，即便国产机器人拥有很高的性价比。
机器人产业发展的问题最终都指向了技术问题，专利技术的创新与发展严重制约着中国机器人产业的进一步发展。通过研究机器人领域的全球专利布局现状、在华专利申请现状以及主要竞争对手现状，可以从知识产权的角度揭示我国工业机器人技术发展的机遇与挑战。
二、工业机器人领域全球专利申请概况
截至到2014年底，工业机器人技术领域的全球专利申请量已超过6万件，去掉重复的同族专利[1]后为3.5万余项。最早的专利申请出现在1958年，直到1985年后，专利申请数量才开始出现大幅度增长，主要原因是中国在1985年制定《专利法》后，工业机器人领域主要竞争对手十分注重中国市场，纷纷在中国进行专利布局。目前，工业机器人技术正处于高速发展期。
图1工业机器人技术领域全球专利申请趋势图（注：蓝色为全球专利申请量 绿色为在华专利申请量）
1、工业机器人领域专利受理量国家/地区分布
从工业机器人相关专利受理数量排名前六位国家/地区（专利受理机构，基于同族专利国）的排名情况可以看出，相关专利受理数量最多的国家/地区依次是：中国、日本、韩国、美国、欧洲专利局、世界知识产权组织。这也体现了中、日、韩、美是工业机器人的主要市常
图2工业机器人领域专利受理量国家/地区分布
2、工业机器人领域技术布局概况
下图给出了工业机器人领域的全球技术布局情况，专利大都分布在机械手的结构、控制、触摸、安全和程序控制技术，以及工业机器人的航道控制、自动控制、传输、多铰接爪臂技术。
图3工业机器人领域技术布局
3、中国专利申请情况分析
我国工业机器人起步于1972年，其发展过程大致可分为三个阶段：1972年~1985年的萌芽期；1985年~2000年的技术研发期；2000年至今的产业化期。
目前我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内部分企业的生产线上；一批机器人技术的研究人才也涌现出来。部分军工企业、科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术、工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术、机器人软件的设计和编程技术、运动学和轨迹规划技术等技术，某些关键技术甚至已达到或接近世界先进水平。但是，在华专利申请数据显示，瑞士的ABB、日本的FANUC（发那科）、日本的YASKAWA（安川电机）、德国的KUKA（库卡）已经在我国申请了大量专利，中国申请人集中在苏州工业园区职业技术学院、昆山市工业技术研究院、湖南大学、清华大学等高校，我国拥有技术优势的科研院所和企业反而不太关注工业机器人技术领域的专利布局。
三、主要竞争对手概况
在民用领域，国际上占据了工业机器人绝大部分市场的“四大家族”：安川、FANUC、KUKA、ABB公司，自上世纪70年代中期开始了全球专利布局，并且逐年上升。同时，“中国增长”让全球领先的工业机器人巨头都把目光投向这块土地，不约而同的是，总部在瑞士的ABB、日本的FANUC（发那科）、日本的YASKAWA（安川电机）、德国的KUKA（库卡）都将其中国总部设在上海。目前，这四家企业在中国市场占有率总共达到八成以上，前三家在全球的机器人销量都突破了20万台。
在军用领域，由美国*支持的军用机器人开发商占据了全球军用机器人市场的85％，欧洲占据15％，而中国仅为0.1%。军用机器人领军企业GeneralDynamics市场占有率为27%，诺格公司、洛克希德－马丁公司紧随其后。
1、日本安川电机（Yaskawa）
1915年合资公司安川电机制作所成立。安川电机自1977研制出第一台全电动工业机器人以来，旗下拥有Motoman美国、瑞典、德国以及SyneticsSolutions美国公司等子公司，至今共生产13万多台机器人产品，而最近2年生产的机器人3万多台，超过了其他的机器人制造公司。2005年4月，该公司宣布将投资4亿日元，建造一个新的机器人制造厂，该公司每月工业机器人生产能力将达到2000台。安川公司在全球申请的机器人相关专利4505件，去掉重复的同族专利为1949项同族专利。
图4安川电机的专利申请情况（注：蓝色为全球专利申请 红色为在华专利申请）
2、日本FANUC
日本发那科公司(FANUC)创建于1956年，是当今世界上数控系统科研、设计、制造、销售实力最强大的企业，研发人员占公司总人数的1/3/。1974年，FANUC工业机器人问世——基于伺服、数控基础，1976年投放市常FANUC公司在全球申请的机器人相关专利5507件，去掉重复的同族专利为1476项同族专利。
图5发那科公司的专利申请情况（注：蓝色为全球专利申请 红色为在华专利申请）
3、德国KUKA
KUKA公司成立于1898年，总部设在德国奥格斯堡，是为汽车制造、航天、能源及工业领域提供柔性自动化系统设备的公司。2000年9月，库卡自动化设备（上海）有限公司正式成立。2004年7月，库卡柔性系统制造（上海）有限公司在上海青浦工业园成立。2008年12月，在上海交通大学成立“KUKA焊接机器人智能化与工程应用联合实验室”。KUKA公司在全球申请的机器人相关专利2383件，去掉重复的同族专利为802项同族专利。
图6德国KUKA公司的专利申请情况（注：蓝色为全球专利申请 红色为在华专利申请）
4、瑞士ABB
ABB是由两个历史100多年的国际性企业瑞典的阿西亚公司（ASEA）和瑞士的布朗勃法瑞公司（BBCBrownBoveri）在1988年合并而成，两公司分别成立于1883年和1891年。ABB集团的业务遍布全球100多个国家，拥有107,000名员工，ABB集团超过一半的营业额来自欧洲市场，近四分之一来自亚洲、中东和非洲，五分之一来自南北美洲市常ABB公司在全球申请的机器人相关专利3389件，去掉重复的同族专利为923项同族专利。
图7瑞士ABB公司的专利申请情况（注：蓝色为全球专利申请 红色为在华专利申请）
5、美国波士顿动力公司（Boston Dynamics）
美国波士顿动力公司自1998年以来共申请专利8项，其中美国5项，日本1项，世界知识产权组织2项。其中一项发明专利US2004864715A是获得美国*DARPA/SPAWAR计划支持，该专利权属于国家。该公司的主要研发团队人员有13人，核心技术研发人员是Playter Robert、Raibert Marc、Buehler Martin、Saunders Aaron，尤其是Saunders Aaron参与了波士顿动力公司近年的每一项智能机器人项目研发，是高级智能四足仿生机器人BigDog的研发核心力量。
波士顿机械狗（Boston Dynamics BigDog）是一种动力平衡四足机器人，由波士顿动力公司、福斯特-米勒公司、喷气推进实验室，以及哈福大学康德菲尔德研究站共同研发。
2002年7月申请的专利JP2002215591A宠物机器人揭示了波士顿动力公司最初的智能四足仿生机器人BigDog的技术来源，该专利显示相关技术是由日本SONY公司与波士顿动力联合研发，并由双方共有相关专利。该专利披露了采用螺旋式弹簧维持伺服电机与腿部末梢的线性关系，并给出了具体的实现方法与相关试验数据。
四、启示与建议
1、国内外工业机器人市场面临知识产权风险
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。四大公司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。国内大部分工业机器人相关技术还有部分处于研发阶段，一方面可以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
从四大民用公司的专利申请趋势来看，每一次技术产业化的时间点都是专利申请量的峰值，尤其是日本企业。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。例如，日本FANUC公司在2003年以前从未在华申请机器人相关专利，主要是防止泄漏相关技术，但是于2003年在中国广州、深圳等地设立近十家分公司，同年就开始了在华地区的专利申请，专利申请量急剧上升，这样不仅可以保护自身产品，还能遏制竞争对手的发展。
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，也是军工企业实现军民融合式发展、产业快速转型升级和结构调整的便捷之路。一方面可以直接获得大量专利，另一方面是可以获得具有研发实力的团队。例如，ABB公司从1987年开始的3年内收购了全球60多家公司，但是机器人技术方面并未快速发展，但是自从1998年6月收购AlfaLaval自动化公司，1998年10月收购ElsagBailey公司之后，机器人相关专利申请急速上升，自此开始保持了技术优势。
其中，KUKA是德国公司，相较于美国、日本来说更易于技术合作，并且KUKA进入中国市场较早，可见其对中国市场的关注度高，一开始进入中国是1986年赠送中国一汽工业机器人的友好方式。2008年KUKA与上海交大联合成立实验室，是比较有机会进行技术合作或者引进相关人才的。此外，KUKA在中国的专利申请量较大，已经具备了一定的技术优势，与其联合可以避免更多的知识产权风险。
4、工业机器人技术转化应用应关注“民转军”
2000年后，美国逐渐开始将工业机器人技术转化应用到军事领域，并且在2011年发布了针对针对制造、健康护理/医药机器人、服务机器人三类机器人的国家机器人技术倡议（NRI），明确了美国机器人技术发展路线，但是在2013年发布的美国机器人技术发展路线图中新增加了航天和国防领域机器人技术发展规划。同时，美国在花巨资研究军用机器人时十分注重相关知识产权保护，例如美国波士顿动力公司的发明专利US2004864715A显示，该专利已获得美国*DARPA/SPAWAR计划支持，同时也规定其专利权属于国家；另一方面，美国的军用机器人研发采取多方合作，例如波士顿BigDog最初的技术就是来源于日本SONY公司与波士顿动力公司联合研发，从其他媒体报道显示，该型号还与福斯特-米勒公司、喷气推进实验室、哈福大学康德菲尔德研究站进行了联合开发。
建议国内企业在工业机器人产业论证中开展完整的专利分析评议，开展关键技术的专利分析能够提高技术研发起点、优化资源配置、加快研究进程，实现关键技术突破并进行再创新，从而快速提升技术创新能力；同时，掌握国外对标公司的专利布局、摸清型号发展与国外技术指标的差距，满足研发过程中对科技情报支撑信息的迫切需求。在此基础上，结合企业工业机器人产业领域技术优势和技术劣势，分析国外高新技术热点、空白点、发展动态和方向，为产业提出知识产权布局建议，为战略研究、项目论证、项目立项提供决策支撑。