机器人：探寻世界领先之国

机器人生产是一个复杂的过程，涉及的学科众多，对整个工业体系的完整性和技术能力有较高的要求。因此，机器人也经常被视为一个国家工业竞争力和工业技术水平的标杆。目前，只有为数不多的几个制造业强国能够规模化制造具有国际竞争力的机器人产品。

机器人学

20世纪60年代，机器人开始进入大量生产和实际应用阶段，机器人相关技术、工艺和理念逐渐成熟，机器人学应运而生，成为一门专门学科。如图10-3所示，机器人学由理论基础和应用技术两大层次构成，机器人学基础包含运动学、动力学等物理理论，运动控制、力控制等机械理论，以及程序设计、智能推理等软件理论。在基础理论之下，机器人学包含各种应用性学科，包括机器人结构、传感与感知、操作与接口和机器人理论等。

要生产机器人，不仅需要扎实的基础学科，还必须具备与机器人应用相关的各种工程化、产业化能力。同时，由于机器人学是一门交叉性学科，单个科研机构或企业都难以在学科涉及的所有层面保持领先，因此，机器人主机生产企业往往具备极强的产品架构设计能力和技术集成能力，能够控制机器人产业链并利用各种资源，同时还要具有很强的市场开拓能力。

图10-3 机器人的知识体系

谁掌握机器人技术

机器人最早被应用于工业生产，服务机器人技术基本来自工业机器人，因此从工业机器人技术的全球布局情况可以基本反映机器人技术的全球布局（见表10-2）。

目前，日本是工业机器人第一大专利来源国，其次是中国、美国、德国和韩国。日本、德国、韩国的机器人技术创新都将美国作为除本国以外最重要的专利申请国，说明美国在全球机器人产业格局中占有重要地位。中国的专利申请量仅次于日本，远超过德国和韩国，同时中国也是仅次于日本的第二大专利申请目标国，反映了我国机器人技术正在缩小与发达国家的差距，中国作为全球最重要的制造大国和人口规模最大国家也是机器人最重要的市场，主要技术来源国为了获得在中国的专利保护开始将核心技术向中国转移。但是，我国的专利申请有90％以上是国内申请，在其他国家申请的专利仍十分有限，这说明了国内工业机器人研发机构和企业虽然已经具备通过专利布局保护自主知识产权的意识，但是值得（或能够）在国外申请专利的技术寥寥无几，我国在机器人核心技术方面还须多下功夫。

表10-2 截至2013年机器人全球专利技术目标国/来源国统计（单位：项）

资料来源：转引自《产业专利分析报告（第19册）——工业机器人》

从具体的申请人看，安川是拥有工业机器人专利最多的公司，专利申请量排名前10位的企业全部来自日本，鸿海是唯一进入前25位的中国企业（但来自中国台湾）。从申请人的行业看，安川、发那科是专利拥有量最多的专业机器人企业，汽车、装备、电子信息企业同样是工业机器人技术研发的重要力量（见图10-4）。

图10-4 截至2013年工业机器人全球专利申请人情况

资料来源：转引自《产业专利分析报告（第19册）——工业机器人》

在机器人几大关键技术领域中，除涂装轨迹规划外，最大的专利来源国均是日本，其在谐波减速器、RV减速器、电焊钳、焊缝跟踪的专利拥有量均超过全球总量的一半，并且，所有的关键技术领域，拥有专利最多的企业全部来自日本（见表10-3）。

从以上指标的分析结果来看，就专利分布反映的全球机器人技术分工的基本情况而言，日本在工业机器人技术上处于绝对领先的地位，且基本都在国内申请，日本企业掌握了绝大多数工业机器人的核心专利；美国仍然是重要的工业机器人市场和研发地；中国技术追赶加速，市场增长最快，已经成为全球机器人第二大专利来源国和目标国，但专利的层次较低，对核心技术的掌控仍十分有限；专业机器人公司与汽车、装备、电子企业是机器人技术研发的主要力量。

表10-3 工业机器人关键技术领域专利来源国结构

资料来源：《产业专利分析报告（第19册）——工业机器人》

注：①仅计算了中、日、德、美四个国家。(www.xing528.com)

谁在生产机器人

工业机器人：四大家族

工业机器人面对的是专业企业用户，对产品性能、稳定性、可靠性要求高，同时，伺服系统、运动控制系统、减速机等核心零部件的技术壁垒也非常高，高昂的生产成本和技术垄断阻挡了大多数试图进入的新企业，从全球范围看，工业机器人的市场集中度非常高。

日本和欧洲是工业机器人的主要产地，瑞士ABB、德国库卡（KUKA）和日本发那科（FANUC）、安川（YASKAWA）四家企业是工业机器人的主要供货商，占据全球工业机器人市场一半的份额，在高端工业机器人市场的占有率则更高，被称作工业机器人“四大家族”（见表10-4）。

表10-4 工业机器人四大企业

资料来源：作者整理

四大企业中，德国KUKA的全球市场占有率最高，日本的安川和发那科次之。除了上述四大企业，日本的那智不二越（NACHI）、川崎（Kawasaki）、爱普生（DensoEpson），瑞士的史陶比尔（Staubli），意大利的柯马（COMAU）也是全球重要的工业机器人供应商。此外，在一些专业领域和细分行业，欧洲、日本和美国还有一大批中小型机器人企业。随着我国制造业转型升级步伐的加快，对工业机器人的需求增加，从2013年开始成为全球最大新增工业机器人市场，这大大刺激了国内机器人产业的发展，带动了沈阳新松、广州数控、上海新时达等国内机器人主机企业在近几年实现高速发展。

服务机器人：百花齐放

服务机器人种类繁多，IFR（International Federation of Roboitcs，国际机器人联合会）根据服务机器人的用途，将服务机器人分为专业服务机器人和个人服务机器人两大类、细分为19个中类和59个小类。由于服务机器人产业化和商业化应用的时间较短，且每一类服务机器人的技术需求、面对的用户市场存在巨大差别，服务机器人制造不像工业机器人那样集中于为数不多的几家大企业，因此每一个类型服务机器人都有若干或者众多企业和品牌。

根据IFR会员数据显示，目前全球有超过300家规模较大的服务机器人生产企业，主要分布在北美、欧洲和亚洲，其中有15％的公司成立不足5年。从全球服务机器人市场看，美国、德国、日本、韩国、法国、英国、瑞典等国企业的技术水平领先，市场占有率高，这些企业不仅具有集成相关技术和产业化能力，同时也对服务机器人服务的对象——商业公司和个人需求有深刻理解（见表10-5）。

表10-5 服务机器人分类及主要供应商

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资料来源：根据IFR资料整理