服务机器人技术全球专利布局现状

通过对机器人涉及的服务机器人技术领域在全球的专利申请进行分析和研究，以期更主动地把握此技术领域的研发动态，为进一步自身研发提供更详尽的技术背景支撑。

技术发展趋势分析

截至2017年12月，全球范围内服务机器人领域专利申请总量共计87024件。从专利申请趋势来看，大致可分为三个阶段：

技术萌芽期（1920-1956年），专利绝对申请量少;服务机器人多以展览和簡单的娱乐为目的，并完成了由机械动力向电动动力的升级。同时，无人机的技术创新也开始出现。

平稳发展期（1957-1981年），伴随着计算机控制技术的引入，以及用于服务机器人执行机构的驱动电机技术的发展，服务机器人整体的技术创新活跃度开始有所提高，连续性较上一阶段明显改善。例如，专利US4398720A描述了利用计算机技术控制的娱乐机器人，机器人手臂可以执行包括整理棋盘、前进、隐藏等几乎所有人类能够执行的功能。然而，专利申请的绝对量依然不高，在25年内，年均专利申请量只有14件左右。

快速发展期（1982年-至今），20世纪80年代以后，传感器技术、控制装置、伺服装置以及动力装置等技术的不断进步，使得服务机器人技术的发展逐渐趋向于多样化和快速化，技术创新的活跃度空前高涨。在此阶段中，专利绝对申请量明显提高，在迄今为止的36年中，专利申请数量达到86486件，占了机器人全部专利申请量的99.4%，年均申请量高达2402件，几乎是上一阶段年均申请量的171倍。值得一提的是， 21世纪以来，由于人工智能技术成为发展常态， 催生了新型智能服务机器人终端的出现，在应用场景和模式等方面更为多样和快捷，例如专利 EP1616607A1，就描述了利用人工智能技术控制的玩具机器人，不但能增强机器人的可靠性和扩展性，还实现了机器人玩具对外交流智能化程度的明显提升;另外，2000年之后，服务机器人全球的技术创新活跃程度更为明显，年均申请量增长率提高到19.6%。

专利保护地域分析

从全球服务机器人专利技术区域分布情况来看，中国所占的专利申请数量比例最高，专利申请量高达29848件，几乎达到全部申请量的34.3%。由此可见，此领域的创新主体对中国区域的重视程度非常明显。专利申请量位居其后的是美国和日本，分别为17714件和10385件。鉴于欧洲专利局在欧洲区域布局专利申请的便利性和低成本，有多达8266件的专利是通过欧洲专利局的途径进行的布局。另外，在韩国和德国两个区域进行服务机器人专利布局的数量分别为8105件和 2856件。

而进一步从服务机器人在全球主要专利布局区域近二十年的申请趋势看，中国在此技术领域发展大体分为三个阶段：首先在2000年之前，我国服务机器人技术处于初始研究状态，国家“863 计划”和国家自然科学基金等项目的推动，涌现了一批专注于此领域的研发企业及机构，诸如能力风暴、福玛特、科沃斯等创新实体相继成立，整体上此阶段专利申请的活跃度水平一般，年均专利申请量仅保持在20件左右;其次是2001-2010年，此阶段技术创新活跃度开始加强，尤其在2005年以后，总体市场开始初具规模，创新形势喜人，年均专利申请量提高到274.3件，是上一阶段的13.7倍，专利平均年增长率达到42.9%;最后是 2011年以后，随着我国近几年来人口红利的过分透支，使得人员数量优势渐失，劳动力成本上升，促使此区域内服务机器人的应用场合逐渐向纵深发展，尤其是在家政、医疗、情感干预、金融等场景下，相关行业对服务机器人的使用越来越普遍。另外，从政策层面看，2016年，中国政府出台了《机器人产业发展规划（2016-2020年）》，此规划为服务机器人的技术创新和市场开拓提供了有利的方向指引和政策支撑，所以此阶段专利创新活跃度进一步加强，年均专利申请量增长到3849件，平均年增长率跃升到45.8%。

美国作为现代机器人的发源地，在技术方面拥有很好的先天优势，也成为目前在服务机器人产业化方面做得最好的国家，并将创新优势一直保持到上世纪80 年代。最近二十年中，美国在此领域专利的绝对申请量不及中国“耀眼”，但在专业型服务机器人的供应比例上仍占据世界主要份额。例如2017年，以美国为主的美洲，在专业型服务机器人的供应比例高达54%[1]，这从一定程度上说明美国的技术创新能力还在保持着绝对的领先优势。另外，鉴于服务机器人开始向智能化领域的发展趋势，美国利用其在语音/图像识别和分析等技术方面的布局优势，逐渐占据服务机器人软件方面的领先位置，专利绝对申请数量开始大幅度提高，从2004年至今，保持了1094件的年均申请量水平，专利年均增长率保持在 13.6%。

日本自上世纪60年代从美国引进服务机器人领域的技术后，创新力度不断加强， 通过成立各种细分行业机器人协会的方式，强化服务机器人制造方和应用方之间的需求交流和技术沟通，逐步建立起从基础元器件到周边辅助元器件的体系化发展路径，优势从80年代开始显现，并一直领先保持到本世纪初。2000年以后的 10年间，日本在此领域的专利申请量相对平稳，专利年均增长率保持在4.2%，创新形势相对来说比较单一。

韩国区域在最近20年的前10年中，服务机器人技术领域的专利绝对申请数量相对不高，年均专利申请量为217件，申请态势相对平稳;而最近10年来，韩国政府相继制定和发布了《智能机器人开发与普及促进法》（2008年）和《智能机器人基本计划》（2009年），力求从政策方面创造支持服务机器人发展的环境，逐步实现了技术创新的高潮。从2008年开始，专利年均申请量猛增到537件，使韩国在服务机器人产业的竞争力提升到一个全新的水平。德国在最近20年中，在服务机器人整体上的专利申请趋势处于相对平稳的水平，专利年均增长率保持在4.5%左右，年均专利申请量为108件。

技术分布分析

对全球服务机器人领域相关的二级分支构成分析显示，医用机器人技术领域的申请量最大，达到了36267件，几乎占据全球申请总数量的41.7%。医用机器人作为目前服务机器人领域发展最为成熟的形式，在政策支持常态化、社会群体老龄化、 消费形式多样化以及整体形势产业化等各种因素驱动下，医疗机器人技术分支取得了巨大的发展。从上世纪90年代中期到本世纪伊始的2005年，医用机器人处于技术发展的成长期，专利申请数量明显提升，年平均专利申请量保持在581件，此阶段包括美国、日本、中国等主要国家均在此领域展开了积极的研究。从 2006年至今，医用机器人领域的技术创新活跃度更为高涨，年均专利申请数量达到2489件，几乎为上一阶段的4.3倍，此领域迎来技术的快速增长期。

无人机产业的专利申请量位于此技术领域的第二位，专利布局数量达到了27177 件，占全球专利总申请量的31.2%。无人机作为服务机器人领域特殊的技术形态，前身来源于军方的无人驾驶设备。目前，随着影响无人机飞行质量技术的快速更迭，尤其在对控制、 载荷以及续航等重点技术和难点技术的成功攻关下，无人机的体积、应用场景、飞行范围等指标逐渐满足人们的需求，在军用、民用等場景中，执行愈来愈多的诸如搜索、营救、监控以及检测等多方面的任务。2000年以前，无人机领域创新活跃度一般，年均专利申请量不足100件;而从2001年之后的11年间，此领域的研发主体（尤其是中国）的创新力逐渐增强，专利的绝对申请量显著提高，年均专利申请量保持在480件;而从2012年开始，以中国企业大疆Phantom为代表的消费级无人机产品逐渐进入大众的视野，带来无人机产品研发及投资的热潮，很多技术巨头纷纷加入此领域的创新行列，使得专利申请量显著提高，年均申请量提升至3487件，几乎为上一阶段的7.3倍，成为服务机器人领域整体技术改革强有力的推动因素。

从全球服务机器人主要技术分支（涵盖医用机器人和无人机）总体及近10年主要专利申请人对比分析看，从数量上，在全球医用机器人的发展中，美国伊西康公司和直觉外科手术公司在此技术分支中占据了绝对优势，两者合计占了将近 26.1%，排名第二位的直觉外科手术公司与第三位的飞利浦公司专利申请量相差 6.4倍以上。由此可见，在医用机器人领域，技术的垄断性明显，技术集中度高，关键技术主要掌握在少数创新主体手中。

从无人机领域的主要申请人对比看，中国企业在此领域的技术创新实力明显，排名前十位的申请人中有4位来自中国，是非常重要的技术产出国。从近10年的排名可以看出，大疆公司的专利申请数量最多，达到817件，几乎是排名第二位三星公司的1.5倍;目前，大疆在全球范围内的无人机领域，特别是消费级无人机领域的市场份额已经达到70%[2]。

中国专利现况分析

从中国专利制度的配置特点可知，发明专利经过了实质审查，稳定性相对较高。鉴于服务机器人相关技术和产品在应用场合深度和广度较大，从一定程度上对其技术的先进性和可靠性要求更高，所以技术的创新程度更高。目前该领域在中国的专利申请中有16085件是发明专利，几乎占所有专利申请的54%;实用新型专利申请11682件，占中国区域总申请的39%;另外，鉴于服务机器人领域所涉及的专利多以技术方案的改进为主，故外观设计相关的专利申请数量较少，占比仅保持在7%左右。从专利类型占比变化图可以进一步看出，1985-1992年间，专利类型主要以发明和实用新型为主，7年间只有1件外观设计方面的专利申请;而从1993年至今的25年间，除少数年份实用新型数量略高于发明专利数量外，绝大多数年份，尤其是2002年以后，发明专利申请的数量均高于实用新型申请数量。可见，在服务机器人领域对技术创新稳定性始终具备非常高的要求， 专利申请人尽可能地选择利用发明的形式实现对其技术的保护。

图7是对中国区域内申请的服务机器人技术来源地信息进行了统计和分析，涵盖来源地域构成数量以及主要专利来源地组成两项指标。从服务机器人中国专利来源地域构成排名分析可知，来自中国本土的专利申请数量达到27621件，几乎为国外来华布局专利数量的12.4倍，故目前在中国区域内，专利申请人的来源还是以中国本土申请人为主。从来源地的具体组成角度进一步看，在中国本土区域内，来自广东省的专利申请优势明显，数量达到了5868件，总量几乎占据全部中国本土申请数量的21.2%，技术创新优势明显;而国外来华的申请人区域构成排名中，主要涵盖的是美国、日本、韩国、德国、荷兰以及法国等6个国家，其中数量优势最为明显的是美国和日本的创新主体，两者合计占了国外来华总申请数量的近 66.3%。可见，美国和日本作为目前机器人行业领先的技术输出国，其区域内的创新主体也积极将中国区域作为专利布局的重点。

图8主要是对中国区域内服务机器人领域的法律状态进行统计和分析，分析指标涵盖专利法律状态在整体范围中的占比情况。从中国区域内服务机器人专利法律状态构成图中可知，此技术领域涉及的有效专利共计13694件，占总体申请量的 45.9%，而处于在审状态的专利数量为9712件，所占比例达到32.5%。而有效专利较高的占比，从一定程度上也反映出目前在中国区域内，申请主体对于此领域专利的维持意愿更强，技术水平以及此技术相应的经济价值更高。

图9主要是对中国区域内服务机器人领域各二级分支的技术情况进行统计和分析，涵盖每个分支专利申请的数量情况及其申请的类型分布。从中国区域内服务机器人技术分支的专利申请及类型分析图可以看出，目前无人机和医用机器人行业专利申请的数量较高，两者合计占据中国区域总数量的70.2%，技术创新的活跃度更高;而清洁机器人和娱乐机器人的专利申请数量分别为3654件和3228件，占比分别达到了12.2%和10.8%，反映出这两个分支的技术创新能力比较接近。而进一步分析各二级分支中的专利类型占比情况，可以看出，目前只有娱乐机器人和陪伴机器人中外观设计专利的比重较大，其他的技术分支大部分是发明数量的占比更大，尤其是无人机、医用机器人以及仿生机器人等领域，发明专利申请的占比分别达到53.1%、72.7%以及61.8%，显示出了更高的技术研发水平与可靠性。

图10主要是对中国区域内服务机器人领域申请人的类型进行统计，让企业更加清楚地掌握技术创新的主体构成，以便更有效地制定自身的专利策略。目前，中国区域内的申请主体集中于企业，企业专利申请人17773家，几乎占全体申请人近 60%的份额，其次是来自大专院校以及个人性质的申请人，分别占22%和16%。 所以，在服务机器人领域，中国主要“以产促学”的技术研究形式，加强对重点企业机构和研究院校的关注是比较合适的策略。

表1是对中国区域内服务机器人领域的主要申请人情况进行统计，涵盖主要申请人TOP10、国内企业TOP10以及研究机构TOP10等，使客户更清晰地把握此领域主要研发企业和机构的总体特点，以便为企業参与技术竞争和交流、拓展市场空间提供参考。

从此领域的主要专利申请人TOP10 排名情况来看，申请主体的类型构成涵盖高校和企业两大类。其中，由于高校是以科研为主的机构，在研发重点上涵盖的内容更广，在服务机器人领域主要的技术分支均有涉及，而且高校对相关领域技术原理性和实验性的研究也较为重视;企业性质的机构由于产品生产的限制，故在关注重点中主要以自身产品为出发点，进行针对性的研究。另外，企业在研究环节设置上更注重将研究成果转化成新产品、新工艺和新生产方式，研发环节较为直接。

从具体申请人情况进一步来看，目前，在中国区域内布局专利最多的是美国伊西康公司，专利申请数量达到394件，全部集中在医用机器人领域，从研发实力上看，发明人数有461人，且未与其他机构进行技术的合作研发，说明美国伊西康公司的研发实力较强、更注意扩大和保持自身技术的保护范围;排名次位的是易瓦特科技股份公司，专利申请数量为371件，易瓦特是国内专业的无人机生产厂商，其全部的研发集中在无人机行业。而且，鉴于易瓦特科技股份公司成立于2010年，其申请占比全部集中在近十年。

分析此领域的主要企业类申请人的TOP10排名情况可以看到：从申请人的研发侧重点角度看，企业类申请人着重于从自身产品定位出发，进行技术创新活动的展开，所以这些申请人的研发内容大部分呈现出一定的侧重性，例如美国伊西康公司和直觉外科手术公司两家医学类申请人只在医用机器人领域进行了专利的布局，易瓦特和大疆的主要产品是无人机，故其专利也集中在了此领域。其次从合作角度看，由于市场竞争性的考虑，大部分的企业类申请人在研发时并未采用外部合作的方式，而是利用“独立研发、独立申请”的策略。

表3是此领域的主要研究机构类申请人的TOP10排名情况。首先从研究机构的性质看，这些主要申请人都出自大专院校，暂未涉及科研院所类申请人。其次从研发侧重点角度看，由于研究机构是构成“产学研”的基本元素，更注重技术的原理性和实验性研究，所以其研发的侧重内容涉及得更为广泛。最后从外部合作角度看，绝大多数此类申请人都采取了与外部机构合作进行研发的方式。

参考文献：

[1]https：//ifr.org/downloads/press/Executive_Summary_WR_Service_Robots_2017_1.pdf

[2]https：//opco2.bluematrix.com/docs/pdf/f575f437-34af-450a-82a3-41d922fae1be.pdf

说明：

本报告所有数据检索的截止日期（包括图表中涉及到的截止日期）均为截至2017年12月。

（本文授权整理自知识产权出版社有限责任公司和i智库出版的《机器人产业知识产权分析评议报告》）