李雅娟　陈飞

【摘  要】喷涂机器人，是指能够自动喷漆或者喷涂其他的工业机器人，本文从专利文献的视角对喷涂机器人技术的发展进行了全面的统计分析，总结喷涂机器人相关的国内和国外专利的申请趋势、主要申请人分布以及主要申请人的专利战略布局，并进一步分析了重要技术分支的发展趋势。

【关键词】机器人;喷涂;喷漆;结构;控制

1喷涂机器人技术概述

20世纪60年代以来，机器人作为机电一体化和现代生产自动化的典型代表，在制造业领域的应用获得了巨大的成功。上世纪70年代，出现了世界上第一台喷涂机器人。

喷涂机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制程序组成，本体结构通常采用5或6自由度关节结构，手臂有较大的运动空间，并可作复杂的轨迹运动，其腕部一般有2～3个自由度，可灵活运动。喷涂机器人广泛用于汽车、仪表、电气、搪瓷等工艺生产部门。

通过对喷涂机器人技术的专利文献收集、标引和梳理，对涉及喷涂机器人结构形式领域的专利文献样本的分析可知，喷涂机器人的研究重点包括三个主要方面：机器人结构，控制系统，轨迹规划方式三个方面。

2喷涂机器人专利申请整体情况

图1示出了1980-2018年喷涂机器人的全球主要国家专利申请分布。其中，柱状图中柱状高度表示了喷涂机器人申请量的年份变化，每条柱状中的不同颜色体现了不同国家在该年度的申请量，饼图表示喷涂机器人的全球申请总量国家分布。

可以得出：喷涂机器人在全球的专利申请情况可以分为四个阶段：

（1）1995年以前（初步发展阶段）：全球申请量较少，处于起步阶段，国外研究人员开始从理论上对机器人应用于喷涂喷漆工作进行相关研究，而中国在这方面没有相关研究;

（2）1995-2000年（快速增长阶段）：在这一阶段，申请量大幅度上升，喷涂机器人的早期申请主要集中日本，这与日本国家劳动力紧缺以及日本汽车行业迅猛发展密切相关;此时，国内开始有零星几篇专利将工业机器人应用于喷涂方向;总体而言，这期间是喷涂机器人技术的一个发展高潮。

（3）2000-2005（平稳发展阶段）：该阶段，申请量略有下降，技术研发基本处于平稳发展阶段;仔细分析该平台期的出现，不难发现，实际喷涂机器人的发展与汽车行业的发展曾正相关态势，1995-2000年间为汽车工业的发展快速增长期，带来了喷涂机器人的繁荣;而之后的全球经济危机使得汽车行业处于低迷期，因此，喷涂机器人的发展也大受打击。

（4）2006年-至今（成熟阶段）：2006年后，专利申请量再次大幅上升，喷涂机器人也从理论和实验研究阶段向实用化方向发展，在各行业中发挥越来越重要的作用。对于中国国内的专利申请而言，在2006年前，中国专利数量一直属于一個很低的水平，可以说明国内企业的研究起步相较于国外而言比较晚;国外企业对中国市场也不太重视，而在2005之后，中国市场需求逐步打开，申请数量平稳快速增大，甚至申请量高于国外，属于技术迅猛发展期，这说明随着中国市场的发展，各种企业也开始重视中国区域，大量在中国进行专利布局，同时随着国内一些高校企业对机器人研究进一步深入，专利竞争进一步加剧。

可以看出，截止到2017年，中国关于喷涂机器人的专利占有量已经与日本持本，不难理解，首先，现今中国的自动化行业发展迅速，与喷涂机器人的相关行业，例如汽车行业、智能制造、计算机控制等技术均得到了较快的发展，这些行业的发展支撑了喷涂机器人的研究进一步深入;其次，由于中国各项制度的不断完善，专利保护获得了较大行业的关注，国外企业也企图在中国进行专利布局，使得喷涂机器人专利申请在中国呈现了百花齐放的局面。

3喷涂机器人技术发展路线

对喷涂机器人领域的专利申请进行技术分析后，可以得出如图2所示的喷涂机器人技术演进路线图。

可以看出，喷涂机器人早期涉及的技术手段主要是机器人的整体结构以及机器人的轨迹控制，其中轨迹控制主要以人工示教方式为主。

在1986-1995期间，喷涂机器人的迅猛发展期，喷涂机器人涉及的技术分支明显相比于早期的技术分支更多，其中有针对控制器和控制方法的申请、喷涂机器人涂料流量控制以及涉及机器人的手臂以及手腕结构的技术分支出现，这个时期的申请大部分是日本的申请。这个时期的日本的汽车工业迅猛发展，带领了喷涂机器人的进一步发展，各技术分支中均出现了大量的日本申请，且这些申请质量较高，使得日本在喷涂机器人行业一直处于较为领先的地位。

在1996-2005年期间，喷涂机器人的专利申请继续在原有基础上进一步深入，此时由于机械加工行业的发展，在整体结构方向，出现了由单个机器人向多机器人协调作业，作业中心以及工作站的方向转变。而随着技术的进一步发展以及成熟，在喷涂机器人的各技术分支中出现了较多的技术研究交叉。

在2006年之后，又出现了并联结构形式的喷涂机器人，值得一提的是，广西大学的并联喷涂机器人的申请数量远远超过其他国内外各家企业高校。而并联式作为机械结构中的新兴分支，近年来一直广受关注。

从整体喷涂机器人的技术脉络图中可以发现，喷涂机器人最早的研究国家为欧洲以及德国，在喷涂机器人发展中页，日本的申请量大质量又高，这种情况一直持续到近年，中国国内的喷涂机器人研究起步晚，导致专利申请的内容受限，一直没有出现高水平的专利申请。

4结束语

本文重点分析了国内外喷涂机器人的专利申请趋势、主要申请人，并进一步分析了重要技术分支的发展趋势;对于喷涂机器人技术领域的现有技术发展水平有了更进一步的认识。世界各国在喷涂机器人方面的研究结果表明，喷涂机器人的研究正逐步从试验阶段转向实际应用，机器人的结构优化、控制仿真、多机协调、智能作业将成为今后喷涂机器人研究的发展方向。

本文第二作者等同第一作者