摘要：随着全球新一轮科技革命不断深入，世界各国加快推动制造业智能化和产业链本土化发展，智能机器人作为支撑智能制造的重要新兴产业也迎来了近10年的黄金发展期。从专利申请趋势、核心专利分布、技术来源地和目标地、领先专利申请人4个方面分析了全球和广东省智能机器人产业专利技术的布局情况和发展趋势。通过比较广东省与发达经济体在智能机器人领域的技术发展和专利布局特点，发现广东省的智能机器人产业在近10年得到快速发展和升级，尤其是服务机器人和无人机领域的技术积累和专利布局现已位于世界前列。但总体来看，广东省智能机器人企业的核心技术和基础专利积累较为薄弱，海外专利布局不够完善，海外专利纠纷风险应对能力仍有待提升。因此，核心关键技术的研发力度需进一步加大，人才培育和引进、专利积累和管理方面有待加强，海外专利布局需进一步完善，提升产业国际竞争力。
关键词：智能机器人,专利分析,全球专利布局
0引言
随着以智能制造为主导的第四次工业革命不断深入，机器人与新一代信息技术、生物技术、新能源技术、新材料等技术加快融合，协作化和智能化程度迅速提高，应用场景不断扩展，成为推动产业升级和提高人民生活质量的新动能[1-2]。美国、日本、韩国和德国等传统机器人强国不仅把智能机器人产业发展列入国家发展战略，还将其提升到维护国家制造业稳定和科技影响力的高度，制定多项政策和计划支持本国机器人产业的发展；中国也密集发布《中国制造2025》《“十四五”机器人产业发展规划》等政策助推我国智能机器人实现技术自立自强和产业换代跨越。专利布局作为技术发展趋势和特点最直观的反映，基于专利布局的研究对智能机器人产业的发展具有较大指导意义。谢顺星等[3]对专利布局的概念、模式和策划程序进行探讨，指出专利布局对提高企业专利的整体价值十分有效，专利布局策划是企业专利工作中的重要内容。贡小妹等[4]提出科技型企业在统一的专利战略基础上，通过专利创造、专利运用、专利保护和专利管理构建技术优势、品牌优势、成本优势和差异化优势，进而提升企业市场竞争力的发展路径。王友发等[5]运用专利地图法对机器人产业全球专利申请趋势、主要国家以及重点创新机构的技术研发领域和专利布局进行分析。牛江蓉等[6]研究了机器人产业国内外专利发展情况，并重点分析国内机器人产业专利申请现状与发展趋势。王海霞等[7]重点分析了工业机器人及集成系统认证的技术标准，通过对相关技术标准解读和认证要求总结，从技术创新、检测认证、技术贸易应对等角度提出了我国机器人市场准入的建议。Yu Lingzheng等[8]研究表明，工业机器人通过提高能源效率和绿色技术效率促进了城市的脱碳，去碳化在特大城市、先进制造业基地、低碳试点城市更为明显。徐长生等[9]在分析我国工业机器人产业发展和贸易的现状及问题的基础上，认为中国工业机器人面临自主创新能力不足、出口附加值低、贸易环境不利等挑战。吴颖[10]认为我国工业机器人技术正处于成长期，相关专利的申请呈爆发式增长，但从专利技术布局来看过于集中在机器人本体研究，在控制系统和驱动系统的技术领域分布较为欠缺；我国工业机器人技术发展具有明显的区域集聚特点，主要分布在长三角地区、珠三角地区和京津地区。江曼[11]结合智能机器人产业，运用专利网络论述技术机会分析模型的应用过程，对区域合作机会及区域产业政策进行分析。刘俞廷[12]总结出未来智能机器人具有发展仿真功能、网络化、更好的交互方式的趋势。黄亮雄等[13]运用双边随机前沿模型，发现发展中经济体与发达经济体之间工业机器人应用水平差异的缩小，显著地降低了二者之间的全球价值链分工地位差异，推动全球价值链朝着更有利于发展中经济体的方向重构。
范漪萍等[14]通过分析世界智能机器人的发展趋势，得出我国和美国还是存在较大差距，主要体现在我国智能机器人研究机构间存在较大差距，区域研究水平不够均衡；智能机器人研发体系整体性不足的结论。王黎萤等[15]探讨开放式创新环境下标准主导机制、知识产权独占机制与联盟载体互补机制在人工智能产业创新生态演进中的协同交互作用。李祥瑞等[16]以领先企业专利申请趋势及涉及技术领域作为切入点，认为工业机器人研发及专利布局方面存在产品处于行业低端，缺乏高端产品，高端机器人严重依赖进口，无法打开市场；在减速器、伺服电机、控制器等关键技术领域，专利储备仍然较薄弱；海外专利布局仍是其痛点，申请量较少，无法依靠专利突围海外市场等困境。王如想等[17]对全球家用清洁机器人专利申请趋势、主要申请人、重点专利进行分析，我国家用清洁机器人领域技术进步发展与其他国家的技术发展速度相一致。陈亮等[18]从学术文献的角度梳理、分析和归纳服务机器人的研究进展、关键问题和重点领域，指出规模化、智能化、类人化和交互形式多样化是未来服务机器人发展的重要趋势。姚日辉等[19]提出了一种家庭服务机器人知识图谱的构建方案并进行了家庭服务的应用测试，测试表明该方案能够有效地帮助服务机器人准确地获取家庭环境中事物的语义信息，检索服务所需的知识，从而保障其智能化地执行家庭服务。罗旭东等[20]综述了近10年来无人机航拍影像目标检测与语义分割的深度学习方法研究进展，指出存在模型的轻量化、检测效果不理想、复杂背景干扰等问题。李大朋[21]认为我国无人机监管与真实风险之间的错位，无法有效应对智能化无人机风险，需要进一步改革当前的无人机监管法律，使法律监管重新聚焦真实风险。总体来看国内智能机器人产业蓬勃发展，市场规模快速增长，但与国外传统机器人强国相比，机器人技术积累不足，原创性研究能力仍欠缺；产业基础薄弱，关键零部件质量稳定性、可靠性等还不能满足高性能整机的需求；高速、高精、重载等高性能整机产品供给缺乏[22-23]。
何静等[24]分析了国内及广东省智能机器人领域的专利申请态势、主要研发机构及专利类型，并对广东省智能机器人产业技术发展趋势作出预测。王慧艳[25]分析了广东省智能机器人战略性新兴产业集群的发展现状和进程特点，指出与国际机器人顶尖企业相比，广东省的机器人企业在研发能力、产品技术水平和市场占有率等均存在巨大差距。国内外对广东省智能机器人产业的专利分析研究主要集中在广东省在国内的专利布局及技术发展的位置，对广东省与发达经济体在智能机器人专利技术领域的比较分析研究较少。本文以全球智能机器人产业的专利数据为基础，重点比对广东省与世界机器人强国之间的专利布局和技术发展优势和劣势，揭示广东省机器人产业在全球产业链中的位置，对引导广东省机器人企业补齐技术短板，优化海外专利布局，缩小与国际顶尖企业的差距，提高在国际市场的竞争力具有现实和前瞻意义。
根据机器人的应用环境，国际机器人联盟（IFR）将机器人分为工业机器人和服务机器人[26]，我国在应对自然灾害、军事消防和公共安全事件中，对特种机器人有着相对突出的需求，所以将机器人划分为工业机器人、服务机器人、特种机器人3类。广东省民用无人机（船）企业已处于国际领先水平，因此广东省在国家分类的基础上增加无人机（船）这一类别[27]。本文研究数据来源于智慧芽全球专利数据库，数据检索时间截止2022年12月31日，对智能机器人相关专利数据初步检索后，通过同族合并、过滤不相关关键词等方式进行数据清洗。本文将从专利申请趋势、核心专利分布、技术来源地和目标地、领先专利申请人4个方面构建全球智能机器人专利地图，对比研究传统机器人强国与广东省的专利布局特点和技术发展趋势，就广东省智能机器人企业如何提高国际竞争力提出针对性建议。
1广东省智能机器人产业发展现状
1.1总体情况
广东省工业和信息化厅数据显示，2022年，广东省智能机器人产业营业收入实现616.4亿元，同比增长15.45%；实现增加值111.4亿元，同比增长12.1%。其中，广东省工业机器人累计产量16.57万台（套），同比增长2.1%，占全国产量1/3，工业机器人产量连续3年稳居全国第一，充分显现了广东制造业转型升级的韧性和后劲[28]。
1.2出口情况
根据海关总署数据，广东省智能机器人出口数量和出口金额在全国名列前茅，其中工业机器人和无人机的出口表现优异。2022年广东省工业机器人出口量为6.89万台，同比增长84.23%，占全国工业机器人出口总量的比重为20.64%，全国排名第二；出口额为1.64亿美元，占全国工业智能机器人出口总额的26.81%，全国排名第一；出口目标市场主要集中在欧美和亚洲地区，出口美国的数量最多，占比14.76%，其次为韩国和马来西亚，占比分别为10.92%和7.11%。2022年广东省无人机出口量为268.41万台，占全国无人机出口总量的比重为83.20%；出口额为17.61亿美元，占全国无人机出口总额的97.54%，广东是全国以及全球最大的无人机出口地区，出口目标市场主要集中在欧美地区，出口美国的数量最多，占比27.86%，其次为德国和荷兰，占比分别为7.96%和6.78%。
2全球智能机器人核心专利技术分析
智能机器人的核心技术正从控制器、伺服电机、减速器等传统的工业技术向计算机视觉、自然语言处理、深度学习等人工智能技术演进[29]。本文从专利申请趋势、核心专利分布、技术来源地和目标地、领先专利申请人、专利价值等方面分析全球和广东省智能机器人核心专利的整体发展趋势，确定全球智能机器人领域的定位和发展方向，重点比较广东省与发达经济体的智能机器人技术发展和专利布局特点。
2.1专利申请趋势
专利申请是产业领域技术得以表达并公开的重要标志，也代表着产业领域技术的初始状况。因此，对产业领域专利申请状态分布与演化分析对于研究产业领域技术发展具有重要意义[30]。截至2022年12月31日，全球智能机器人专利申请量达58.03万件，其中处于“有效”状态（含PCT指定期内）的专利20.62万件，占专利申请量的35.53%。如图1所示，2013年之前，全球智能机器人年度专利申请量呈缓慢增长趋势，美国的专利申请量领先全球。2013年，中国的专利申请量首次超过美国位列全球第一，达到全球总量的30.82%，并保持近10年的高速增长，其间每年的专利申请量远超美日德韩，拉动了全球专利申请量的大幅增长。广东省的专利申请趋势与中国基本一致，自2013年以来申请量一直保持较快增长，并在2022年首次超越美国。截至2022年，广东省累计专利申请量达4.31万件，占全国累计专利申请总量的比重为17.17%；其中处于“有效”状态（含PCT指定期内）的专利1.81万件，占全国有效专利总量的比重为20.20%。
2.2专利来源地和受理地分布
如图2所示，智能机器人核心技术的专利主要来源于中国、美国、日本、韩国、德国等国家的申请人。其中，来源于中国申请人的专利数量接近全球总量的50%，具有绝对领先优势，美国占比24.11%紧随其后，两国数量之和超全球总量的七成。在排名前10的国家中，除了中国为智能机器人产业起步较晚的发展中国家，其他均为较早开始智能机器人研发的发达国家。可见，虽然中国是智能机器人产业的后发国家，但经过10年的爆发式增长，中国在智能机器人领域的创新技术体量已经超越发达国家，位居全球首位。
如图3所示，全球智能机器人核心技术专利的受理地主要集中在中国与美国，两国专利受理量之和已接近全球总量的八成，遥遥领先其他国家/地区。全球智能机器人企业在中美两国重点专利布局，一方面反映出中美两国是智能机器人的主要应用市场，另一方面也说明中美两国的智能机器人技术研发能力和专利保护水平较高。可见，中美两国在智能机器人领域不仅是技术竞赛的竞争对手，更是抢占机器人应用市场份额的竞争对手。此外，日本与韩国作为专利申请来源地的全球占比较高，作为专利受理地的全球占比明显减少，表明日本和韩国虽然专利产出体量较大，但因本土应用市场小，全球企业在日本韩国的专利布局数量也相对较少。
2.3主要专利权人情况
国家的技术实力的根本体现在技术选择主体的技术实力[31]。如图4所示，从全球排名前20名的智能机器人专利权人地域分布看，专利权人主要来自美国和中国，日本、韩国和法国也有少量专利权人上榜。其中，来自美国的8名专利权人分别为波音公司、高通股份有限公司、谷歌有限责任公司、微软技术许可有限责任公司、国际商业机器公司（IBM）、亚马逊科技公司、霍尼韦尔国际公司和英特尔公司，覆盖了航空航天、通信、互联网、计算机、半导体等多个智能机器人的核心技术领域；来自中国的7名专利权人分别为深圳市大疆创新科技有限公司、腾讯科技（深圳）有限公司、北京航空航天大学、华为技术有限公司、南京航空航天大学、国家电网有限公司和西北工业大学，主要涉及航空航天、互联网和通信技术；来自韩国的2名专利权人分别为三星电子株式会社和乐金电子公司，均涉及通信和电子设备相关技术；来自日本的2名专利权人为索尼公司和佳能株式会社，均为数字影像技术的龙头企业；来自法国的专利权人为泰利斯公司，是世界航空航天领域的巨头。
从专利权人类型看，全球排名前20名的专利权人中高校仅占3名，其余17名均为企业，说明企业仍是智能机器人领域最主要的科技创新主体。从全球前20名专利权人持有的专利数量看，韩国三星电子株式会社和美国波音公司具有绝对优势。虽然中美两国上榜企业数量接近，但美国企业专利持有数量总体高于中国企业，说明美国的头部企业在技术积累的数量方面仍具有明显优势。全球排名前20的智能机器人专利权人有3名来自广东省，分别是深圳市大疆创新科技有限公司、腾讯科技（深圳）有限公司和华为技术有限公司，分别在无人机、互联网和通信领域拥有较深的技术积累。
2.4专利的技术领域分析
如表1所示，全球智能机器人排名TOP10的专利技术主要分布在G部（物理）与B部（作业；运输），IPC分类排名TOP10的专利数量占比接近专利总量的四成。G部主要分布在G05D（非电变量的控制或调节系统）、G06K（图形数据读取/数据的呈现/记录载体/处理记录载体）、G06T（一般的图像数据处理或产生）和G06N（基于特定计算模型的计算机系统）4个小类，说明智能机器人产业链上游的核心零部件和软件/系统是主要的专利布局领域。B部主要集中在机械手（B25J）和飞行器（B64C）两个类别，说明工业机器人和智能无人飞行器两种应用场景的专利布局较为集中。
如图5所示，IPC分类排名TOP10的专利申请地域主要集中在中、美、日、韩、德5国，中美两国在10个类别均明显领先日、韩、德。其中，中国在8个类别排名第一，包括G05D1/02（二维的位置或航道控制）、B25J9/16（程序控制）、G05D1/10（三维的位置或航道的同时控制）、G06K9/62（应用电子设备进行识别的方法或装置）、B64C39/02（以特殊用途为特点的（其他飞行器））、G06T7/00（图像分析）、B25J11/00（不包含在其他组的机械手）和G06N3/08（（基于特定计算模型的计算机系统）的学习方法），美国在剩余两个类别G06K9/00（识别模式的方法或装置）和G05D1/00（陆地、水上、空中或太空中的运载工具的位置、航道、高度或姿态的控制）排名第二。
从不同国家的领先优势看，中国在B25J9/16（程序控制）、G05D1/10（三维的位置或航道的同时控制）和B25J11/0（不包含在其他组的机械手）的领先优势明显，美国在G05D1/00类别占据绝对优势；中美两国在B64C39/02（以特殊用途为特点的（其他飞行器））和G06T7/00（图像分析）的专利数量十分接近，说明两国在这两个类别的技术竞争较为激烈。日本在G06T7/00(图像分析)类别的专利布局数量虽不及中美两国，但占比高于日本在其他类别的专利布局占比，原因是日本数码影像设备产业发达，索尼和佳能等数码设备巨头储备了大量图像数据处理和分析领域的基础专利，至今在全球专利布局中仍占据一席之位。
从地域发展情况看，中美两国智能机器人技术在全球具有领先优势，分别反映在专利申请量、专利授权量、全球专利受理量和主要技术领域有效专利持有量等指标中，且中美两国占据了全球绝大部分的技术来源和市场份额。从历史发展趋势看，全球智能机器人产业的专利申请量自2013年以来保持高速增长。中国虽为后发国家但增长势头强劲，广东省的发展趋势与中国基本一致。
从技术和应用领域看，全球智能机器人的技术主要集中控制或调节系统、图像数据处理和计算机系统等领域，在工业机器人和无人机两种应用场景的技术布局较为集中。其中，广东省在无人机的技术研发和应用领域均位于世界前列，企业在无人机自主创新中发挥了重要作用，创新能力突出的龙头企业比较丰富，如深圳市大疆创新科技有限公司、广州极飞科技有限公司和深圳市道通智能航空技术有限公司在无人机专利申请和授权均有良好表现，是广东省乃至全国无人机科技创新活动中最活跃的主体
综上所述，智能机器人产业作为广东省战略性新兴产业的重要组成部分，经历了10年的快速发展期，已形成了较为完整的产业链，在产业规模、创新能力、产业链配套等方面在全国保持一定领先地位，拥有一批行业龙头企业。广东省在服务机器人和无人机领域拥有多项专利技术，在重点专利布局上具有较大优势。但通过有效专利占申请数量的比例、高频被引与涉诉专利等重点维度的分析可以看出，在智能机器人领域国外技术研发虽迭代较快，但其基础性专利的稳定性强，技术叠加效应明显，是企业的核心竞争力，为企业带来巨大的经济效益。而且国外企业尤为重视外围专利的申请与保护，在攻关核心技术的同时积极开发与之配套的外围技术并申请专利。企业围绕自己的基本专利形成专利网，可最大限度地保护核心技术，以维护垄断地位[24)。
3对策建议
(1)提高自主和协同创新能力，增加自主知识产权的技术积累
企业应加大科研投入，夯实基础研究能力，加快核心关键技术、关键零部件攻关，增强国内外专利技术积累，打破国外的技术壁垒，从源头上突破海外专利布局的围堵;应深入研究技术热点和空白点，主动寻找技术突破口，牢牢把握新一轮工业革命带来的技术机会窗口:应加强与行业龙头、高校和研发机构协同创新的能力，集中多方力量突破关键核心技术，形成理论研究、技术研究和实际应用的闭环，培养产业良性循环的发展模式:应充分利用国家对高新技术企业的资金支持、产业扶持，建立资金支持、企业持续性研发产出、产业扶持三者联动创新机制，形成良好的技术研发生态，实现可持续性成长，
(2)加强创新型人才培养和引进，不断壮大产业发展人才队伍
政府应加快人才强省建设“五大工程”的实施，加大机器人领域人才培养力度，支持省内高校及科研院所加强机器人学科建设，组织高校、科研院所与企业开展定期交流，鼓励智能机器人企业与高校共建人才培训中心，开展智能机器人技术应用实践项目，培养输送一批控制器、伺服电机、减速器和人工智能等领域的专业人才:应加大人才引进政策优惠力度，重点引进机器人技术研发、设计、转化等领域的高精尖人才及创新创业团队:应做好高端引进人才的服务保障工作，为人才扎根广东长期发展提供良好的环境。企业应完善人才激励制度，积极探索技术和知识产权入股、股票期权制等多种分配激励方式，使知识的价值、人才的价值在收入分配上得到充分体现。
(3)构建三位一体专利布局体系，提高专利组合的国际竞争力
应构建政府、行业协会、企业三位一体的专利前瞻性布局体系。政府应完善机器人产业知识产权公共服务平台功能，为广东省机器人产业发展及国内外专利布局提供及时的方向导航。行业协会应充分发挥机器人产业相关联盟的凝聚作用，整合产学研等多方资源，协助企业实现优势互补，增强广东省机器人产业整体科研实力和专利布局水平。企业应围绕核心技术优化配置自身专利资源，对关键技术进行专利布局的同时，还应对外围配套技术一并申请专利，形成比单件专利保护范围更大、更难以替代和规避的专利组合，形成对核心专利技术的多重保护。通过各种关联专利的有效组合，专利组合总价值显著大于专利，将最大化发挥专利对企业的价值贡献，增强海外专利布局的竞争优势(R51。
(4)提高专利积累与管理水平，加强海外专利纠纷应对能力
企业的专利积累与管理水平直接影响其防范与化解海外专利纠纷风险的能力。企业应成立内部的知识产权管理部门或团队，制定并实施知识产权保护战略，提前防范潜在风险;在海外遇到纠纷时应综合考虑涉案自身产品侵权风险程度、应诉的法律风险与成本、对方知识产权风险漏洞等因素，根据自身实际情况主动应对，及时化解纠纷风险。企业应当在加强自身专利积累的同时，建立海外专利动态监测和预警机制，实时掌握国内外对标企业重点技术领域最新态势、专利布局状况和行业专利纠纷情况，重点跟踪、分析研究目标市场知识产权法律和制度变化，全面提升自身防范和应对海外知识产权贸易壁垒的能力。
4结束语
本文从专利申请趋势、核心专利分布、技术来源地和目标地、领先专利申请人4个方面构建全球智能机器人专利地图，分析了全球和广东省智能机器人产业专利技术的布局情况和发展趋势。通过对比分析广东省与发达经济体在智能机器人领域的技术发展和专利布局的优势和不足，发现广东省的智能机器人产业在近10年得到快速发展和升级，在无人机领域的发展水平已位于世界前列，但还存在的核心技术和基础专利积累较为薄弱，海外专利布局不够完善，海外专利纠纷风险应对能力仍有待提升等短板。因此，建议加大核心关键技术的研发力度、人才培育和引进力度，加强专利积累和管理，完善海外专利布局，从源头上打破国外专利技术壁垒，提升广东省智能机器人产业整体国际竞争力。
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