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機器 人技 術研 發與 專利 分析 機器人技術是一項多學科研究領域，涉及領域廣 泛，包括人工智慧、自動控制系統、生物材料和 奈米技術 。 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 2 目錄 機器人技 術 研究趨勢 . 5 企業機 器人技 術研究 . 10 機器人技 術 領域的新 興 研究 . 11 機器人技 術 專利家族 的 全球趨勢 . 13 各國擁有 專 利的機構 的 分佈情況 . 16 結語和解 讀 . 18 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 3 作者 Justin Kim 博士 Justin 在技術創新方面擁有豐富的知識和經驗。他擅長利用專利和研究數據分 析，並曾在韓 國、台灣、香 港和新加坡舉 辦了多場關於 技術創新、技 術趨勢 和 研究前景 的專 題演講。Justin 熱衷 於數據 分析以提 供決 策依據的 參考 。 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 4 創新型研究對其他研究應有足夠的影響 力 ， 因此研究品質比產出數量更加重要。 機器人技術是一項多學科領域，通過利用 其他技術促進機器人技術不斷創新至關重 要。 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 5 機器人技 術研 究趨勢 自大規 模生產時代起，機器人從 自 動 化機器開 始 就一直在不斷進化，並陸續應用於諸 多 領 域。尤 其是隨 著機器人技術研究的進 步，機器人已在廣 泛 領 域 內 迅速發揮自身價值 ，包括工業 製造、 醫 療應用、農業和汽車 行 業 。機器人規 格和應 用 領 域不斷擴大，而機器人技術 是聚焦這 些 創 新的 研 究領域之 一。 機器人的概 念起源於希臘神話 。在中世紀時期， 人 們 便曾嘗試開發早期機器人模型。伴隨 著工 業 革命和批量生產 製造方法的引入，自動 化 研 究 實 現 了 真 正 躍升。 隨 著自動 化系統 向自主系統 的 發 展，創 新型機器人技術研究和應 用 領 域在全球不 斷擴展， 前景 異常廣闊 。 Web of Science 核 心合輯論 文數據 庫 Science Citation Index Expanded (SCIE) Social Sciences Citation Index (SSCI) Arts & Humanities Citation Index (AHCI) Conference Proceedings Citation Index- Science Conference Proceedings Citation Index- Social Science & Humanities Book Citation Index Science Book Citation Index Social Sciences & Humanities 機器人技術研究的文獻趨勢 以 5 年為週期的平均趨勢 基於 1980 年代以來 機器人技 術研究 論 文的趨勢 分析； 相關 研究發表 在 1990 年代急遽 增加 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 6 通過對全球 前 15,000 篇機器 人 技 術 的高被 引 論文 分析，顯 示 機器人技術 已在多個領域有所發 展， 包括 電 腦科 學、自 動 控 制、電氣/ 電 子工程 、機 械 工程和生 物醫學 。 機器學習： 近年 來 利用人工智慧開發機器人學 習能力的 研究 機器操控 ：機械 設備的 運動 和行為研 究 人機介面 (MMI) ：人類與機器人交 互通 信的研 究 控制演算 法： 調度/ 規劃演 算法控制 研究 醫學應用 ：醫 學領域機 器人 研究 機器人技術領域深入研究 基於全球引用次數最多的前 15,000 篇論文 Derwent Innovation Themescape ，Web of Science 核心合輯 ，20072016 年 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 7 美國和中 國發 表的機器 人技 術研究論 文相 對較 多。日本 和韓國 也發表了 大量 研究論 文 ，同 樣歐 洲國家也 在機 器人技術研 究 上做出了 廣泛 貢獻。 具有影響 力（ 高被引） 的論 文數量現 正與 所發表 的研究論 文數 量一樣，成 為 了衡量總 體研 究績效 的一項重要 指標。分析 顯示美 國在機 器人 研究領 域佔據主 導地 位；而中 國發 表的大量 論文的 影 響 力相對較 低 。德 國的論 文發 表數量略 微落 後於日 本，但其 研究影 響力則 更 大。 有 0.70.8% 韓國和 日本 發 表的論文 會進 入全球引 用次數最 多的 前 1% 論文中 ，而中國 這一 比例是 0.35% ；而美 國和德國 的比 例則高達 3% 。 93,192 20072016 年間，Web of Science 核 心合 輯收錄 的全球機器人技術論文 數量。 機器人技術研究文獻排名前十的國家 Web of Science 核心 合 輯，20072016 年 機器人技術相關論文排名前 10 的國家研究績效 分析 Web of Science 核心合輯, 20072016 高被引論文 過去 10 年 間發表 、被全球 研究 人員引用 最多的 論文 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 8 機器人技 術相 關論文排 名前 10 的國 家研 究績效分 析 高被引論文：過去 10 年間發表、被研究人員引用最 多的論文 排名前 1% 的論文：分析期內全球引用次數最多的前 1% 論文 前 10% 的論文：分析期內全球引用次數最多的前 10% 論文。 引文影響 力：一項研究 績 效評估指標 ，分析 研 究成 果 被全球其他 研 究人員 引用的情況。 創 新性 研 究和 優勢研究更可能被其他研究人員引用。 美 國 和中國 均在機器人技術領域 進 行了大量研 究 ， 但中國 的 研 究影響 力低於世界平均水準。分析顯 示， 亞 洲 國 家的研 究影響 力低於世界平 均水準，而歐 洲 國 家的研 究影響 力 則相對高 於世 界平均水 準。 由於最近的研 究 績 效更注重研 究 品 質而非數 量，一些國 家可能需要將 重點放在如何產 出更具影響 力的研 究成果上 。 機器人技術相關論文排名前十的國家研究績效分析 Web of Science 核心合輯，20072016 年 排名前 1% 的論 文 分析期内 全球引 用次數最 多 的前 1% 論文 排名前 10% 的論文 分析期内 全球引 用次數最 多 的前 10% 論文 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 9 學科正規 化引 文影響力 (CNCI) 學 科 正規化引文影 響 力 (CNCI) 指根據特定 學 科 、 特定年份、 特定文獻類型計算得出的的正規化的 引文影響 力數值 。 由於 研 究屬性和 全球 平均值 (1.0) 因研究課題 類別 而異， 引文影響 力水準計 算方式各有不同。研 究 機構可 以使用 CNCI 通 過與 全球平 均水 準的對比 評 估所發 表的研 究 論 文的影響 力。CNCI 資 訊可供研 究人員、機 構 和 InCites 的 研究成果 使用 。 以下是關 於機器人技術研究 績 效的全面分析。如 果 針對特定學 科 領 域 進 行分析，國 家 和/ 或 機 構 的排名可 能有 所變化。 基於機器人技術研究 論 文 數 量分析，下表列出了 世界排名 前 10 位的 機 構 。 從論文 發 表 數 量而言，許 多 亞 洲機構 排名很高， 但 它們的學科正規化引文影響 力卻低於全球平均 水準，而美國 和 歐 洲機構發表的研 究成果則 相 對 具有較高影 響 力。 按文獻數量排名前 10 的機構 研究績效分析 Web of Science 核心合輯, 20072016 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 10 機器人技術研究是一項 跨 學 科 研 究。如該圖所 示，機器人技術研究 領 域涉及廣泛，包括電 腦 科 學 、 電 機 工程、機械 工程甚至醫療應用。 其他研究 領域 佔 1% 。 機器人技術相關研究學科 Web of Science 核心合輯, 20072016 Web of Science 核心合輯中 機器人技 術相關 研 究領域 的分佈 (Web of Science 核 心合輯, 20072016) REMOTE SENSING ENG, INDUSTRIAL INSTRUMENTS INSTRUMENTATION REHABILITATION NANOSCIENCE NANOTECHNOLOGY OPTICS 機器人技術研究論文發表量世界排名前 20 的公司 Web of Science 核心合輯, 20072016 企業機器 人技 術研究 全球企業 也在 積極開展機 器人 技 術研 究， 其中汽車 公 司在 該領域尤 其活 躍。 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 11 企 業與學術機 構/ 研究機 構 之 間 的 研 究合作呈增 長 趨勢。 這為企 業 提供了更多利用企業外部創新 資 源的機 會 ，同時學術/ 研 究機 構 也可以獲 得更多 研 究資金。 本田汽車 公司正積極與世界各地的諸多研究機 構 展開合作 ，包 括日本、 歐洲和 美 國的 研究 機構。 合作研 究 領 域包括 與 比勒 費 爾德大學 (University Bielefeld) 合作的機器學習、手勢識別以及機器人 3D 物體識別研 究。此 外， 本田汽車 公司 還與東京 理工大學 合作 開展語音 辨 識研 究。 隸屬於卡 內 基梅隆大學機器人研究所 (RIA) 的國 家機器人工程中心 (NREC) 是一家負責機器人研 究與開發 的研 究機構。 NREC 與 政府、 研究 實驗室和 企業 密切合作 ，以 推 動 機器人技術從概念 設計到商業 化的進程。從 快 速 概 念 驗證開始，經過開發 和 測試，到模型製造、 專 利申 請以及對 外授 權，NREC 實施了 多個專 案。 NREC 從 各類軟 體發展 、系統 整合 和現場測 試工作 中積累了 大量 最佳實踐 。 NREC 致 力於開發 一套 真正能 夠實 際利用機 器人 研 究成果的系 統 。基於此，包括美國國 家 航空暨太空 總署 (NASA) 、五角大廈 （ 國 防部）在 內 的很多政 府機構 、 新 創 公司和企業都在積極參與機器人技 術研究。 卡內基美 隆 大學 (Carnegie Mellon) 的研 究 人員（教 授、工作人員和工程師）以及許多外部機構也正 在參與並形成一個多學科環境，為產生發明創新 創造條件 。 機器人技 術領 域的新興 研究 通 過對機器人相關研究 論 文 發 表 資 料的進一步 分 析，我們發現某些特定學 科近年來 的影響 力 顯 著 提升。這 些 研 究 學 科已經 在短時 期 內 吸引了全球 大量研 究人員 ，因此，需要密切關 注 這 些新興研 究領域 的潛 力。 NREC 的研究 專案 使用軟體 工具 設計機器 人 使用 3D 印表 機製造機 器人 機器人由軟 體工具設計 ，3D 印表機進 行 製造。可以使用拖放法創建元件，使用者 可據此製 造指 定類型的 機器 人。 該設備能夠收集周圍環境的各種資訊，並 以 3D 方式識別周 圍 物體。另外還進行了 濃塵、大霧、降雨等惡劣環境中識別能力 的研究。 與本田汽車公司合作開展機器人技術研究的 十大研究機構 Web of Science 核心版集合，20072016 年 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 12 無人駕駛車輛跟隨技術測試。該測試包括 在與其他車輛即時協作的同時識別地形並 完成小組 任務 。 無纜軟體 機器 人 (Untethered soft robot) 這 是一種依靠矽膠或生物化學 材料而非機械連 接 來移動的機器人，由流動壓力或者化學 反 應 力驅 動。這種機器人的移動方式與 一 個 借助周圍 地形 進 行活動 的 靈 活生物相似。通 過 借 鑒 生命有機體 的特點 ，自 2000 年以 來 已 經開發 了多 種 形式的 軟 體 機器 人， 並 且在 最近 3 - 4 年間它們 的 數 量大幅 增長。 群體機器 人 (swarm robot) 群體機器人是由多個 機器人協 同 執 行任務 的一 種 形式。根據不同目的或周圍環境，一些機器人 靈 活 協 作 執 行任務 。 該 技 術 可以應 用 於 無人機； 多 架無人機通過 相互通信合作執 行任務 。尤其是通 過 人工智慧 (AI) 技 術 的 應 用，機器人可以智慧地 執 行任務並反映人造生命形式，模仿自然界中的 群居生物 。 仿生微型 機器 人 (Bio-inspired microrobot) 這 是一種 利用各種 生物系統概念製造的小型或微 型機器人。這種微型機器人能夠實施醫療手 術 ， 例如靶 點 治 療 或人體內 的其他任務 。此外，還進 行了使用不同機制的活動研究，以及小型機器人 模仿昆蟲和其他種類生物的活動研究，這 些機器 人可用於 軍事用 途 。 最近發佈的關於機器人技術研究的一份分析報告 顯示， 使用 奈 米技術的 DNA 折 紙機器 人 、使用消 融技術 的腹腔鏡 外科機器人、人工分子機及更多 機器人已經 在短期內產生了 較 高的研 究影響 力。 這 些 研 究 學 科不斷創新，向更先進 的 研 究 領 域 邁 進。 哈佛大學無纜軟體機器人研究 通過瑞士 EPFL 開發的 maxXbot ，每個物體都是 自主的，但同時也是一個可以根據給定任務 進行集體合作的機器人 瑞士 EPFL 正在 研究的微型機器人，雷射傳達，利用 電場移動 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 13 機器人技 術專 利家族的全 球趨勢 分析顯 示，機器人技術 的發明數量在全球呈現持 續增長 態勢 。 發明和專 利的 數量 一 個發明可在不同國 家申請專利，因 此，專利申請的數 量可能超過發明 數 量。為了瞭解關於創 新的資訊，我們 採 用 發 明 （DWPI 專利家族）而非專利記錄 的數量 加以 分析 。 世界各地的很多企業和機構都在提交機 器人領域的專利申請。據分析，許多日 本 企業 都在這一 領域 申請專利 ；其 中有 2 家日本汽 車公 司進入了 10 大機構榜 單。 該榜單中 亞 洲 國 家高度密集，包括 韓國 三星公司和中國國 家 電網 。 機器人技術專利家族排名前 10 大機構 Derwent Innovation/DWPI 專利家族，20072016 年 機器人技術專利家族的全球趨勢 Derwent Innovation/DWPI 專利家族, 20072016 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 14 上述分析 顯示在 多 個研 究領 域出現了 機器 人技術 的專利。 與某一特 定技 術相關的 發明在 專利組 合地 圖中以 紅點標記 。(A) 顯示 應用於 車輛的 機器 人技 術的專 利。(B) 顯示 應用於製造 業 的機器人 技術的 專 利分 佈情況。(C) 顯示可能 用於 醫療器 械的 專 利。(D) 顯示應用於 各種電子產 品的 機器人專 利。 拋開應 用領域的 考量 ，機器人 的設備 、傳感和 軟 體部件 的專利 分佈 廣泛 。 機器人技術專利組合地圖 Derwent Innovation/DWPI 專利家族，20072016 年 按技術應用分類 的機器人 技術發明專利分佈 Derwent Innovation/DWPI 專 利家族， 20072016 年 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 15 分析顯 示，機器人技術專利家族數量排名前 1000 的機構中有 524 家來自中國。 根據其他 專利 的引用次 數或 專 利審查員 審查 的引用次 數， 專 利同樣具 有引 用次數的衡 量維 度。專利的 引用 次 數可以 作為 對其他專 利的 影響力的 指標 。 如分析所 示， 許多醫 療領 域和 汽車領域的 公司 都 擁有大 量具 有影響力的 專 利。 機器人技術專利家族排名前 1000 的研究機構所屬的前 10 大國家 Derwent Innovation/DWPI 專利家族, 20072016 擁有引用次數全球排名前 10% 的機器人專利家族的 10 大企 業 Derwent Innovation/DWPI 專利家族, 20072016 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 16 各國擁有 專利 的機構的 分佈 情況 下述分析根據機器人技術的專利家族數量確定了 排名前 1000 的企業， 並評 估了這些 專利 在各個國 家的分佈 情況 。 在美 國 ，前 5 家機 構 的 機器人技術專利家族數 量 約 占 總 量的 29% 。 這 5 大機構 分 別 是 Intuitive Surgical Operation 、Ethicon Endo-Surgery 、iRobot 、 應用材料 (Applied Materials) 和波音。 美國 市場的突 出特點是醫療領域的外科手術 機器人領域有很多 專 利， 並 且 該領域的公司排名很高，包括 Google 、 通用汽車 、IBM 、Raytheon 和通用電氣等 IT 企業、 汽 車 和 國 防工業 企 業 ， 它們正在積極推 動 機器人 的技術創 新。 在中 國 ，前 5 家機 構 的 機器人技術專利家族數 量 約 占 總 量的 34% 。中 國 的 顯 著特點是這 些機 構 中 包括很多大學 和 國 有 研 究所，如國 家 電網、哈爾 濱 工 業 大 學 、上海大 學 、 以及瀋 陽 自 動 化 研 究所。 儘 管中國擁有大量與 機器人技術 相 關 的 專 利，但 企 業擁有的專 利 數 量相對較少。不過 ，如果研 究 機 構 和大學擁有的機器人專 利 開 始向企業轉移， 將在短時間 內對 機器人 行業產 生重大 影響 。 在日本，前 5 家企 業 的機器人技 術 專利家族 數 量 約 占 總 量的 12% 。 這 5 家企 業 分 別 是日本精工、 豐田、安川、本田、發 那科。許多公司都在積極 申 請專利。諸 多不同行業 的企業 都在推動 相 關 技 術 的 創 新，而整個國家的工業正在隨著機器人技 術的創新而進步。由於企業是 優質專利的主要持 有者，因 此創 新成果更 有可 能得到實際 應用。 在 韓國，前 5 家機 構 的 機器人技術專利家族數 量 約 占 總 量的 47% 。 這 意味著少數 幾家企 業 在 韓國科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 17 掌握了 大量專利。這 5 家企 業 分別 是 三星 電 子、 LG 電 子、 電 子 與電 信 研 究院 (ETRI) 、 現 代重工和 現 代汽車 。中小企業擁有的發明專利相 對較少。 KAIST 、KIST 、 漢陽大 學 和其他國 立 研 究機構 也在 積極申請 機器 人技術相關 的專利。 科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 18 結語和解 讀 機器人技術 的 創 新和發 展正在諸 多 領 域 興 起。 從 既有生產 系 統 的自動 化 開 始，機器人技術 正通 過 智慧型機器人的開發逐步滲透人 類 生活。如上述 研 究和專 利形態分析所示，在很多國 家和研 究機 構 ，機器人技術 是增長 最快的研 究 領 域之一。 然 而，在以戰 略方式加快機器人技術發展的同時， 仍存在一 些需 要進一 步考 慮 的挑戰和 問題 。 聚焦創新 研究 領域，引 領機 器人技術發 展 儘 管很多機構 正在進 行 研 究 並 希望成為 世界頂級 創 新 組織，但其仍然缺乏具有足夠 影 響 力引領研 究 領 域的創 新 研 究成果。在引領創新方面，研 究 品 質比產 出 數 量更加重要。機器人技術 是一個 多 學 科領域，利用其它 技 術 不 斷 推 動創新至關 重要。 比如，先進 製造、人工智慧和資訊通信技術 (ICT) 正被積極整合到機器人技術領域。因此，需要在 戰 略性研發投 資的基礎上努力創 造先進研究成果， 引領機器 人技 術的下一 代創 新。 產學緊密合 作 大學或 研 究機構 是一個國家 創 新的核心泉源 。 產 業 界（尤其是中小企業 ） 應當考 慮與研究機構緊 密合作以吸收創 新理念，並 共同合作研發機器人 技術。研 究界正在創 造大量研 究和發 明，但在 許 多 國 家，這 些知識 移 轉 到 商 業領域的仍然有限。 此外，研 究人員還需要接近產業界，瞭解機器人 技 術發展面臨 的挑戰 。解決這些 問題有助於達 成 更佳的研 究 方向 。 確定研究和 創 新的戰略方 向 在美國有 3040% 的專利 申 請由於各 種原 因（包括 存在現 有技術 ）被駁 回。機器人技術研究在各個 領域已經 有悠久的歷 史，而且人們 一直在進 行不 同 領 域的新研 究。創 新投資 始 終與風險為伴， 研 究人員 必 須 小心謹慎避免犯重複研發的 錯誤。因 此，研 究人員 和企業 需要評估全球研發情 況 以瞭 解已經 完 成的工作成果，以及值 得追求的空白 研 究領域。 落實多 學 科 合作環 境，將 各 種創新想法融入機器 人技術 隨 著人工智慧技術 的 進 步，機器人對 技 術的要求 日益多樣化，如需要軟 體工程、多媒體技術 、機 械工程、醫療技 術 ，以及醫療保健、交通運輸和 安全等不同領 域的背景知識 。 隨 著機器人技術領 域的研 究和發 明的成熟，機器人技術創新的下一 個階段是對 多 個 機器人無縫 整合技 術 的需求。考 慮 到系統 整合的 複雜性，需要大量的資 料 處 理、 通信、建模和模擬 ， 擁 有一個 強大的研發戰略， 整合各類 技 術 ，多個研究 團隊協同行動 是引領 機 器人技術研 發的關鍵成功 因素 。科睿唯安 | 機器 人技術研發與專利分析 19 關於科睿 唯安 科睿唯 安 (Clarivate Analytics) 是 以提供 高 品質資 料及分 析服務 、協助 企業與 研究機 構加速科 學發 現和創新 步伐 的全球領 導者 。立基於 超過 一個半世 紀的 傳承，我們 打 造了一系 列全 球業界最 受信 賴的品牌 ， 如 Web of Science （ 科學發 現與學術 研究 ）、 Cortellis （ 生技製藥研發情報） 、 Derwent （ 專利加值內容與智權分析） 、 Techstreet （ 產業法規與標準） 、 CompuMark （ 商標檢索、預查與監測） 、 MarkMonitor （ 線上品 牌保 護） 等。 科睿 唯安為一 獨立 運營的公 司， 持續透過 專業 、 客觀、敏 捷的 服務協助 客戶 加速創新 生命 週期，讓 創新 概念轉變 為能 夠改變人 類生 活的創新 成果 。 更多資訊 ， 請瀏覽：clarivate 科睿唯安 台灣辦公 室 臺北市信 義區 松智路 1 號 11 樓 clarivate