3C應用產業工業機器人專利信息分析*

潘艷麗，蔣仕龍 ，吳 平，陳 亮 ，葉青云

（1.廣州華進聯合專利商標代理有限公司深圳分公司，廣東深圳 518057；2.深圳市機智聯知識產權運營有限公司，廣東深圳 518057；3.深港產學研基地運動控制應用技術實驗室，廣東深圳 518057；4.東莞市機器人產業協會，廣東東莞 523400）

0 引言

依據ISO8373定義，工業機器人是指具有3軸及3軸以上、可重復編程、多用戶的自動控制操作機。在其60多年的發展歷史中，歐、美、日、韓等發達國家長期控制著工業機器人市場的主導權。隨著我國產業結構的調整和人口紅利的逐漸消失，中國目前已經成為工業機器人的最大應用市場，提高工業生產過程中的自動化率成為降低中國企業成本的必經之路。當前，國外工業機器人巨頭已經在工業機器人核心技術領域以及汽車、半導體、冶金、橡膠等外圍應用領域編織了一張張層層封鎖的“專利大網”[1]，國內工業機器人產業總體水平與國外差距較大，工業機器人中高端市場的進口替代空間大。但是，在國外巨頭短板的產業應用端，如3C產業、紡織產業、食品藥品產業等應用領域，近年來由于國內工業機器人企業的不斷發力和自主創新，出現了與國際巨頭“同臺競爭”的機會[2]。尤其在3C應用產業，來自市場的高性價比要求和滿足本土化服務的需求，為國內工業機器人企業帶來了全新的發展機遇。

3C產品是指計算機（Computer）、通信（Communication）和消費類電子產品（Consumer Electronics）[3]，3C產業具有生命周期短、成本持續降低及彈性的全球運籌等特性，制造過程涉及裝配、噴涂、工件搬運、加工、檢驗檢測等環節，流程和步驟非常復雜，是目前發展最為迅速的一種產業[4]。據統計，當前全球70%以上的3C產品在中國生產，廣東省更是3C產品制造企業的集聚地，代表性企業有中興、華為、富士康等。在持續增長的3C市場帶動下，深圳、廣州、佛山、順德、東莞等地涌現了一大批初具創新能力的工業機器人制造企業，對這些企業來說，當務之急不僅僅是把應用技術做好，而且要結合企業的技術創新需求，以專利信息分析為手段，在專利布局方面提前做好充分的布局規劃。

本文作者通過對3C應用產業工業機器人的專利數據進行采集、篩選和分析，從專利申請趨勢、市場競爭格局、專利計量和專利合作、技術熱點及發展方向等多個角度對工業機器人在3C產業上的應用進行定量和定性的研究，為國內工業機器人企業的專利布局提供參考性建議。

1 專利數據說明

文中的專利數據來源于智慧芽和Incopat專利檢索數據庫，檢索專利時間截止是2017年12月31日。由于從專利申請到專利公開一般需要1～3年時間，近3年申請的專利大部分還處在受理狀態，所以近幾年的專利數據為不完全數據。采用人工閱讀、關鍵詞篩選以及IPC限定的方法進行數據清洗，選取符合條件的專利文獻作為樣本，對于中國申請和中國公開產生多個文本的，僅保留最終的一個文本[5]。最終得到4690件專利申請，其中發明專利申請2766件，占比75.51%，實用新型專利申請897件，占比24.49%。發明專利授權1164件，授權比例為42.08%。有效發明專利為854件，維持比例為73.37%。

2 3C應用產業工業機器人總體申請趨勢分析[6]

圖1為全球、中國及廣東省的專利申請趨勢圖，從圖1中可以看出，全球3C應用產業工業機器人專利申請開始于1973年。在上世紀70年代，為適應工業高度自動化的需要，國外迅速發展起一種新的程序控制自動化裝置——工業機器人，隨著工業機器人和早期的家庭電腦和電視的發展，此階段開始出現3C應用產業工業機器人專利申請，但是數量增長基本處于停滯狀態，直到1982年才突破10件的申請量。國內專利申請始于1993年，時間上落后國外20年，這是因為從上世紀90年代開始，以電腦、手機、彩電為代表的傳統3C產品才開始走進中國家庭。從1993年到2001年，國內3C應用產業工業機器人技術仍然處于理論研究階段，申請人主要為科研院所和通過PCT途徑進入中國的國外申請人，專利數量增長非常緩慢。2001～2009年全球專利申請處于平穩增長期，此時國內申請主體絕大部分仍然為科研院所和高校，專利申請維持著較低的數量，僅僅幾十件，此階段為技術萌芽期。

圖1 全球、中國及廣東省專利申請趨勢圖

2010年至今，隨著新興的3C產品包括智能可穿戴設備、VR/AR設備終端、消費級無人機、娛樂機器人等消費電子產品迅速增長，3C領域逐漸成為汽車以外工業機器人第二大的應用領域。全球、中國和廣東專利申請均迎來一個快速增長期，且增長趨勢線十分相近，究其原因在于此階段的增長主要源于中國專利申請量的帶動，我國在該領域累積申請2286件專利，80%以上的專利為2010年以后申請，從技術萌芽期直接進入快速增長期。

廣東省專利申請量在2015年之后迅速增加，其中2016年和2017年專利申請量均突破百件，廣東省專利申請總量的全國占比超過25%，在國內各省市專利申請量中排名第一位。因此，未來在“3C產品”生產中采用專用的工業機器人，可能是廣東工業機器人發展的焦點[7]。

3 市場競爭格局分析

3.1 全球區域市場競爭格局分析

圖2為全球申請人在3C工業機器人的地域布局地圖，中國、美國、日本、和韓國申請人在全球分別申請了2031件、606件、341件、298件、186件。來自中國、美國、歐洲和韓國的專利申請人占比全球申請人的比例分別為48.74%、19.04%、8.70%、6.93%，由此可以看出，中國不僅成為全球3C應用產業工業機器人的最大市場，也是該領域最大的技術來源國。

圖2 全球專利地域分布圖

3.2 創新主體市場競爭格局分析

如圖3、4所示，全球前十位申請人主要為美、日、韓企業，其中工業機器人國際巨頭們在3C應用產業工業機器人占有明顯的技術優勢，中國申請人僅華南理工大學排名前列。ABB集團、美國IROBOT和日本發那科分列前三位，專利申請總量超過百件。國內在該領域近十年的專利申請量位居全球首位，但是專利申請人的全球排名靠后，一方面因為國內申請人進入該領域的時間較晚，中國在該領域的一流創新主體與國際水平仍有較大差距，技術累積仍顯單??；另一方面，由于中國成為全球工業機器人的最大市場，國際巨頭紛紛在中國設立子公司或分支機構，進行本土化經營策略，這部分國外主體在國內的專利申請也劃入國內的專利申請量之中。此外，3C應用產業工業機器人技術國內前十位申請人中僅有一位非科研院校，從側面反映了國內生產的3C應用產業工業機器人技術的市場應用水平仍不高，總體仍然處于科研院所和高校的基礎研究階段。

圖3 3C應用產業工業機器人技術全球前十位申請人

圖4 3C應用產業工業機器人技術國內前十位申請人

4 3C應用產業工業機器人領域專利合作分析

合著率和合著度（也稱合作指數）是科學計量學領域常用的表征科學合作程度的指標。合著率是指合著論文數占全部論文數的百分比，一般用DC表示；而合著度是指論文的篇均作者數，一般用CI表示。合著率與合著度的計算公式分別如下[8]：

式中：f1為獨著論文數量，j為單篇論文的作者數量，k為單篇論文作者數量的最大值，fj為作者數為j的論文數，N為論文總數。

針對論文和專利的相似和相通之處，溫芳芳等[8]將上述針對學術論文的計量指標引入專利計量領域，提出專利合作率和合作度兩個指標：

發明人合作率=兩個及以上發明人共同發明的專利數量/專利總數

發明人合作度=發明人總數/專利總數

專利合作率=兩個及以上專利權人共同申請的專利數量/專利總數

專利權人合作度=專利權人總數/專利總數

如圖5和表1所示，總體來看，3C應用產業工業機器人領域的專利權人合作度/率較低而發明人合作度/率較高，表明3C應用產業工業機器人領域國內專利申請人多數為獨立申請，發明人的合作較多，但可能也多限于單位內部的合作。廣東省的專利總數量排名第一，專利權人合作率也最高，表明廣東省在該領域的專利權人合作較多，也說明了廣東省在該領域的協同創新程度較高。從發明人合作度/率方面分析，湖北、北京、上海、安徽高于平均水平，說明這些地區在該領域平均每件專利投入的人力資源數量較多?？傮w來看，3C應用產業工業機器人領域專利合作意識較強，不足之處是合作范圍有局限，跨區域的合作有待加強。

圖5 國內申請量前十位省市專利合作率與合作度對比

表1 國內申請量前十位省市專利合作率與合作度對比

5 技術熱點及發展方向分析

5.1 3C應用產業工業機器人領域專利申請的聚類分析

圖6 全球3C應用產業的工業機器人分支技術發展趨勢圖

對檢索得到的4690篇文獻摘要進行文本聚類分析發現，全球申請人的申請技術熱點集中在機械臂、傳送、搬運和焊接等技術上，而目前國內3C應用產業對工業機器人的需求主要為加工制造環節的上下料操作、產品測試的上下料操作、裝配、外觀檢測和功能檢測、傳送設備等方面，這說明國內3C應用產業工業機器人的專利申請熱點是針對實際的生產場景進行技術改進。典型的專利申請有：一種基于工業機器人的筆記本外殼拋光工裝設備，申請號CN201710178915.5、手機HOME鍵自動裝配系統及裝配方法，申請號CN201611207511.6、3C電子芯片封裝自動連續注塑成型系統，申請號CN201610769532.0等等。

表2 全球3C應用產業的工業機器人文本聚類分析高頻詞統計

5.2 3C應用產業工業機器人領域專利IPC技術類別

國際專利分類號（IPC）是我國目前采用的專利分類系統，也是世界通用的專利分類系統。如圖6所示，對3C應用產業工業機器人領域按照分類號和時間進行二維統計，得到IPC分類號隨著時間推移的變化趨勢，直觀反映出3C應用產業工業機器人領域的技術發展方向和技術熱點。從圖6中可以看出，早期專利申請集中在B25J9/16（程序控制），近幾年G05D1/02（二維的位置或航道控制）、B25J13/00、B25J11/00、B25J9/00（均為機械手相關IPC號）等技術類別的專利申請量也迅速增加，說明該領域的技術熱點從程序控制技術逐漸向實施具體操作如抓取、堆垛等動作的機械手進行演進。

6 結束語

（1）對3C應用產業工業機器人這一細分領域的專利信息進行分析，有助于幫助國內企業了解工業機器人在3C應用產業的技術發展趨勢，找準契合自身發展的工業機器人系統集成和應用方向。

（2）從總體趨勢來看，我國在工業機器人3C應用產業雖然起步較晚，但是專利數量增長很快，這與我國快速增長的3C應用產業應用需求有關，并且在快速、大量的專利增長勢頭之下，各方的專利合作意識較高，但是跨區域的合作有待加強。

（3）從涉及的技術類別來看，技術熱點從程序控制技術逐漸向與具體操作如抓取、堆垛等動作的機械手進行演進，說明3C應用產業的工業機器人既包含一部分通用機器人，如可用于上下料的機械手、機械臂，也逐漸出現越來越多專用的3C應用產業工業機器人。