噴涂機(jī)器人專(zhuān)利綜述

李雅娟　陳飛

【摘? 要】噴涂機(jī)器人，是指能夠自動(dòng)噴漆或者噴涂其他的工業(yè)機(jī)器人，本文從專(zhuān)利文獻(xiàn)的視角對(duì)噴涂機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了全面的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)噴涂機(jī)器人相關(guān)的國(guó)內(nèi)和國(guó)外專(zhuān)利的申請(qǐng)趨勢(shì)、主要申請(qǐng)人分布以及主要申請(qǐng)人的專(zhuān)利戰(zhàn)略布局，并進(jìn)一步分析了重要技術(shù)分支的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】機(jī)器人;噴涂;噴漆;結(jié)構(gòu);控制

1噴涂機(jī)器人技術(shù)概述

20世紀(jì)60年代以來(lái)，機(jī)器人作為機(jī)電一體化和現(xiàn)代生產(chǎn)自動(dòng)化的典型代表，在制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用獲得了巨大的成功。上世紀(jì)70年代，出現(xiàn)了世界上第一臺(tái)噴涂機(jī)器人。

噴涂機(jī)器人主要由機(jī)器人本體、計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的控制程序組成，本體結(jié)構(gòu)通常采用5或6自由度關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運(yùn)動(dòng)空間，并可作復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng)，其腕部一般有2～3個(gè)自由度，可靈活運(yùn)動(dòng)。噴涂機(jī)器人廣泛用于汽車(chē)、儀表、電氣、搪瓷等工藝生產(chǎn)部門(mén)。

通過(guò)對(duì)噴涂機(jī)器人技術(shù)的專(zhuān)利文獻(xiàn)收集、標(biāo)引和梳理，對(duì)涉及噴涂機(jī)器人結(jié)構(gòu)形式領(lǐng)域的專(zhuān)利文獻(xiàn)樣本的分析可知，噴涂機(jī)器人的研究重點(diǎn)包括三個(gè)主要方面：機(jī)器人結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)，軌跡規(guī)劃方式三個(gè)方面。

2噴涂機(jī)器人專(zhuān)利申請(qǐng)整體情況

圖1示出了1980-2018年噴涂機(jī)器人的全球主要國(guó)家專(zhuān)利申請(qǐng)分布。其中，柱狀圖中柱狀高度表示了噴涂機(jī)器人申請(qǐng)量的年份變化，每條柱狀中的不同顏色體現(xiàn)了不同國(guó)家在該年度的申請(qǐng)量，餅圖表示噴涂機(jī)器人的全球申請(qǐng)總量國(guó)家分布。

可以得出：噴涂機(jī)器人在全球的專(zhuān)利申請(qǐng)情況可以分為四個(gè)階段：

（1）1995年以前（初步發(fā)展階段）：全球申請(qǐng)量較少，處于起步階段，國(guó)外研究人員開(kāi)始從理論上對(duì)機(jī)器人應(yīng)用于噴涂噴漆工作進(jìn)行相關(guān)研究，而中國(guó)在這方面沒(méi)有相關(guān)研究;

（2）1995-2000年（快速增長(zhǎng)階段）：在這一階段，申請(qǐng)量大幅度上升，噴涂機(jī)器人的早期申請(qǐng)主要集中日本，這與日本國(guó)家勞動(dòng)力緊缺以及日本汽車(chē)行業(yè)迅猛發(fā)展密切相關(guān);此時(shí)，國(guó)內(nèi)開(kāi)始有零星幾篇專(zhuān)利將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于噴涂方向;總體而言，這期間是噴涂機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)發(fā)展高潮。

（3）2000-2005（平穩(wěn)發(fā)展階段）：該階段，申請(qǐng)量略有下降，技術(shù)研發(fā)基本處于平穩(wěn)發(fā)展階段;仔細(xì)分析該平臺(tái)期的出現(xiàn)，不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)際噴涂機(jī)器人的發(fā)展與汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展曾正相關(guān)態(tài)勢(shì)，1995-2000年間為汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展快速增長(zhǎng)期，帶來(lái)了噴涂機(jī)器人的繁榮;而之后的全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)使得汽車(chē)行業(yè)處于低迷期，因此，噴涂機(jī)器人的發(fā)展也大受打擊。

（4）2006年-至今（成熟階段）：2006年后，專(zhuān)利申請(qǐng)量再次大幅上升，噴涂機(jī)器人也從理論和實(shí)驗(yàn)研究階段向?qū)嵱没较虬l(fā)展，在各行業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。對(duì)于中國(guó)國(guó)內(nèi)的專(zhuān)利申請(qǐng)而言，在2006年前，中國(guó)專(zhuān)利數(shù)量一直屬于一個(gè)很低的水平，可以說(shuō)明國(guó)內(nèi)企業(yè)的研究起步相較于國(guó)外而言比較晚;國(guó)外企業(yè)對(duì)中國(guó)市場(chǎng)也不太重視，而在2005之后，中國(guó)市場(chǎng)需求逐步打開(kāi)，申請(qǐng)數(shù)量平穩(wěn)快速增大，甚至申請(qǐng)量高于國(guó)外，屬于技術(shù)迅猛發(fā)展期，這說(shuō)明隨著中國(guó)市場(chǎng)的發(fā)展，各種企業(yè)也開(kāi)始重視中國(guó)區(qū)域，大量在中國(guó)進(jìn)行專(zhuān)利布局，同時(shí)隨著國(guó)內(nèi)一些高校企業(yè)對(duì)機(jī)器人研究進(jìn)一步深入，專(zhuān)利競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步加劇。

可以看出，截止到2017年，中國(guó)關(guān)于噴涂機(jī)器人的專(zhuān)利占有量已經(jīng)與日本持本，不難理解，首先，現(xiàn)今中國(guó)的自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展迅速，與噴涂機(jī)器人的相關(guān)行業(yè)，例如汽車(chē)行業(yè)、智能制造、計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)均得到了較快的發(fā)展，這些行業(yè)的發(fā)展支撐了噴涂機(jī)器人的研究進(jìn)一步深入;其次，由于中國(guó)各項(xiàng)制度的不斷完善，專(zhuān)利保護(hù)獲得了較大行業(yè)的關(guān)注，國(guó)外企業(yè)也企圖在中國(guó)進(jìn)行專(zhuān)利布局，使得噴涂機(jī)器人專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)谥袊?guó)呈現(xiàn)了百花齊放的局面。

3噴涂機(jī)器人技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)

對(duì)噴涂機(jī)器人領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)進(jìn)行技術(shù)分析后，可以得出如圖2所示的噴涂機(jī)器人技術(shù)演進(jìn)路線(xiàn)圖。

可以看出，噴涂機(jī)器人早期涉及的技術(shù)手段主要是機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)以及機(jī)器人的軌跡控制，其中軌跡控制主要以人工示教方式為主。

在1986-1995期間，噴涂機(jī)器人的迅猛發(fā)展期，噴涂機(jī)器人涉及的技術(shù)分支明顯相比于早期的技術(shù)分支更多，其中有針對(duì)控制器和控制方法的申請(qǐng)、噴涂機(jī)器人涂料流量控制以及涉及機(jī)器人的手臂以及手腕結(jié)構(gòu)的技術(shù)分支出現(xiàn)，這個(gè)時(shí)期的申請(qǐng)大部分是日本的申請(qǐng)。這個(gè)時(shí)期的日本的汽車(chē)工業(yè)迅猛發(fā)展，帶領(lǐng)了噴涂機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展，各技術(shù)分支中均出現(xiàn)了大量的日本申請(qǐng)，且這些申請(qǐng)質(zhì)量較高，使得日本在噴涂機(jī)器人行業(yè)一直處于較為領(lǐng)先的地位。

在1996-2005年期間，噴涂機(jī)器人的專(zhuān)利申請(qǐng)繼續(xù)在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入，此時(shí)由于機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展，在整體結(jié)構(gòu)方向，出現(xiàn)了由單個(gè)機(jī)器人向多機(jī)器人協(xié)調(diào)作業(yè)，作業(yè)中心以及工作站的方向轉(zhuǎn)變。而隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及成熟，在噴涂機(jī)器人的各技術(shù)分支中出現(xiàn)了較多的技術(shù)研究交叉。

在2006年之后，又出現(xiàn)了并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的噴涂機(jī)器人，值得一提的是，廣西大學(xué)的并聯(lián)噴涂機(jī)器人的申請(qǐng)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他國(guó)內(nèi)外各家企業(yè)高校。而并聯(lián)式作為機(jī)械結(jié)構(gòu)中的新興分支，近年來(lái)一直廣受關(guān)注。

從整體噴涂機(jī)器人的技術(shù)脈絡(luò)圖中可以發(fā)現(xiàn)，噴涂機(jī)器人最早的研究國(guó)家為歐洲以及德國(guó)，在噴涂機(jī)器人發(fā)展中頁(yè)，日本的申請(qǐng)量大質(zhì)量又高，這種情況一直持續(xù)到近年，中國(guó)國(guó)內(nèi)的噴涂機(jī)器人研究起步晚，導(dǎo)致專(zhuān)利申請(qǐng)的內(nèi)容受限，一直沒(méi)有出現(xiàn)高水平的專(zhuān)利申請(qǐng)。

4結(jié)束語(yǔ)

本文重點(diǎn)分析了國(guó)內(nèi)外噴涂機(jī)器人的專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)、主要申請(qǐng)人，并進(jìn)一步分析了重要技術(shù)分支的發(fā)展趨勢(shì);對(duì)于噴涂機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。世界各國(guó)在噴涂機(jī)器人方面的研究結(jié)果表明，噴涂機(jī)器人的研究正逐步從試驗(yàn)階段轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、控制仿真、多機(jī)協(xié)調(diào)、智能作業(yè)將成為今后噴涂機(jī)器人研究的發(fā)展方向。

本文第二作者等同第一作者