在智能制造、柔性生產、自動化裝配等工業場景高速迭代的當下，工業機器人作為核心自動化裝備，承擔著精準定位、高效搬運、精密裝配等全流程核心任務，其運行精度、穩定性與可靠性直接決定了整個自動化生產線的效能與產品質量。關節作為工業機器人的“運動樞紐”，連接各機械臂部件并實現多自由度轉動，而關節摩擦力矩是影響機器人關節運動性能的核心關鍵因素，直接關系到關節轉動的平滑性、定位精度、動態響應速度及能耗控制。工業機器人關節摩擦力矩測試，是量化關節摩擦特性、排查摩擦隱患、驗證關節性能的核心技術手段，規范開展該測試，能夠精準捕捉關節摩擦力矩的變化規律，排查關節運動中的摩擦異常，為關節結構優化、潤滑系統改進、控制算法校準提供科學依據，同時銜接GB/T 12642等相關國家標準及工業機器人性能測試規范，完善工業機器人全流程性能管控體系，助力工業機器人向高精度、高穩定、低能耗方向發展。

一、工業機器人關節摩擦力矩測試核心定位與測試意義

工業機器人關節摩擦力矩測試的核心定位是“量化摩擦特性、排查性能隱患、保障運動適配”，區別于單純的關節力矩測試（僅關注關節輸出力矩的大小），摩擦力矩測試更側重關節轉動過程中摩擦阻力的動態變化，聚焦不同轉速、轉角、溫度條件下摩擦力矩的穩定性、均勻性及異常波動，核心目標是驗證關節在實際工業運行場景中的摩擦適配能力與長期運行可靠性。結合工業機器人關節的結構特點，該測試既覆蓋關節內部機械結構的摩擦特性，也兼顧潤滑狀態、環境條件、運行工況等外部因素的影響，形成全方位、多維度的摩擦性能驗證體系，契合工業場景對機器人關節“轉動平滑、摩擦可控、性能穩定”的核心訴求。

從工業應用價值來看，關節摩擦力矩測試的重要性不言而喻。工業機器人關節內部包含減速器、伺服電機、軸承、齒輪等多個精密部件，運行過程中各部件間的摩擦會產生阻力力矩，若摩擦力矩過大、分布不均或波動異常，會導致關節轉動卡頓、定位精度下降、動態響應滯后，進而引發機器人動作偏差、裝配精度不足、能耗增加等問題；在高速運行場景中，異常的摩擦力矩會加劇部件磨損，縮短關節使用壽命，增加設備維護成本；在精密裝配場景中，摩擦力矩的微小波動會影響關節的微動性能，無法滿足高精度定位與裝配的嚴苛要求；此外，關節摩擦力矩的異常變化還可能是部件磨損、潤滑失效、異物侵入的前兆，若未及時通過測試排查，可能導致關節卡滯、故障停機，造成生產線中斷，帶來經濟損失。規范開展關節摩擦力矩測試，能夠推動工業機器人關節研發向“摩擦優化、性能可控、壽命延長”方向發展，幫助研發企業優化關節結構設計、改進潤滑方案、提升部件加工精度，同時為下游應用企業的設備選型、日常維護、故障排查提供明確的性能參考，規避應用風險，實現機器人與工業場景的精準適配，銜接相關可靠性檢測標準，提升工業機器人的整體應用價值與運行穩定性。

二、關節摩擦力矩測試核心基礎：影響因素與測試原理

工業機器人關節摩擦力矩測試的原理，以“模擬工業實際運行工況、量化摩擦阻力變化、分析摩擦成因”為核心，依托標準化的測試設備、規范化的測試流程，采集關節在不同運行條件下的摩擦力矩數據，通過統計分析量化摩擦力矩的大小、分布規律及波動特性，判斷關節摩擦力矩是否符合設計要求與應用標準。其核心邏輯是：在可控的測試環境中，固定關節的安裝姿態、測試參數，通過測試設備驅動關節按設定的轉速、轉角平穩轉動，同步采集關節轉動過程中的阻力力矩（即摩擦力矩），結合轉速、轉角、溫度等相關參數，分析不同工況下摩擦力矩的變化規律，排查異常摩擦節點，評估關節的摩擦性能與運行可靠性，同時結合精密機械測試的核心方法，確保測試結果的客觀性與可比性。

影響工業機器人關節摩擦力矩的因素復雜多樣，可分為關節內部因素與外部環境因素兩大類，也是測試過程中重點控制與排查的對象。內部因素主要包括：關節內部機械結構設計（如齒輪精度、軸承類型、減速器傳動比）、部件加工精度與裝配精度（如配合間隙、表面粗糙度）、潤滑系統狀態（如潤滑劑類型、潤滑劑量、潤滑均勻性），這些因素直接決定了關節摩擦力矩的基準水平與分布規律，其中齒輪、軸承等部件的摩擦特性可通過相關摩擦模型進行精準描述，常用的LuGre摩擦模型可全面詮釋摩擦力的動靜態特性，涵蓋粘滑運動、摩擦滯后等關鍵特征；外部環境因素主要包括：測試環境溫度、濕度（影響潤滑劑粘度與部件摩擦系數）、關節運行工況（如轉速、轉角范圍、負載大小）、環境潔凈度（避免異物侵入關節內部加劇摩擦），這些外部因素會間接導致關節摩擦力矩出現異常波動，影響摩擦性能表現。此外，力矩傳感器的測量精度也會影響測試結果的準確性，其串擾、精度、準度等性能指標需符合測試要求，確保摩擦力矩數據采集的可靠性。

需要明確的是，工業機器人關節摩擦力矩并非“恒定不變”，而是在合理范圍內隨運行工況動態變化，測試的核心并非追求“最小摩擦力矩”，而是確保摩擦力矩在設計閾值內平穩變化，無明顯突變、無持續遞增或遞減趨勢，且符合不同運行工況的適配要求。測試過程中，需結合工業機器人的應用場景，設定合理的測試工況與判定標準，同時參考精密機械摩擦測試的基準方法，建立標準化的測試體系，確保測試結果貼合實際應用需求，既避免過度追求低摩擦導致的關節結構強度不足，也防止摩擦力矩異常影響機器人運行性能，實現摩擦性能、結構強度與應用需求的平衡。

三、工業機器人關節摩擦力矩測試實操流程（規范版）

工業機器人關節摩擦力矩測試需遵循“環境可控、參數固定、流程規范、數據可追溯”的原則，結合工業機器人關節的結構特性與實際運行工況，明確測試設備、環境要求、參數設定、操作步驟及數據處理方法，規避測試過程中的人為誤差、環境干擾、參數偏差，確保測試結果的準確性與可比性。結合相關標準要求及工業測試經驗，具體可分為以下5個核心步驟，同時兼顧靜態測試、動態測試等摩擦測試的核心要點，銜接LuGre摩擦模型參數辨識的相關技術邏輯。

（一）測試前期準備

1.  測試設備與樣品選型：選用待測試的工業機器人關節（需明確關節型號、結構類型、額定轉速、額定力矩等核心參數），配備標準化測試設備，包括力矩測試設備（如高精度力矩傳感器，串擾、精度、準度符合測試要求，測量范圍覆蓋關節設計摩擦力矩范圍，采樣精度符合測試標準）、關節驅動設備（用于驅動關節按設定工況平穩轉動，轉速、轉角可調且精度可控）、固定工裝（用于固定關節，確保關節安裝姿態與實際運行一致，避免測試過程中出現位移、振動）、數據采集與記錄設備（用于實時采集摩擦力矩、轉速、轉角、環境溫度等數據）、溫度控制設備（用于調節測試環境溫度，模擬不同溫度工況下的摩擦特性）。所有測試設備需提前調試至正常工作狀態，重點檢查力矩傳感器的測量精度、驅動設備的轉速穩定性、數據采集設備的準確性，進行設備校準，避免設備故障影響測試結果，同時可參考相關設備手冊與摩擦模型參數要求，初步設定測試基準參數。

2.  測試樣品預處理：對待測試關節進行預處理，清理關節表面的灰塵、油污等雜質，檢查關節內部潤滑狀態，確保潤滑劑填充均勻、無泄漏、無變質，符合設計要求；檢查關節轉動靈活性，確認關節無卡滯、無異常異響，部件配合間隙符合標準；將關節按實際安裝姿態固定在測試工裝上，連接驅動設備與力矩測試設備，確保連接牢固、同軸度符合要求，避免連接偏差導致的測試誤差，同時確保關節處于無負載初始狀態，為后續測試奠定基礎。

3.  測試環境控制：結合工業常規工作環境要求及相關標準規定，控制測試環境參數：溫度可調節范圍15-35℃（涵蓋工業常見環境溫度區間，用于模擬不同溫度下的摩擦特性），相對濕度45%-65%，環境潔凈度符合要求，無明顯振動、電磁干擾、灰塵及異物；固定測試區域的環境噪聲，避免干擾測試設備運行與數據采集；隔離無關干擾設備，劃分測試區域與無關區域，確保測試環境的穩定性與可控性，規避環境因素對測試結果的干擾，提升測試結果的實用性與參考價值，同時控制環境參數穩定，減少對潤滑劑粘度及部件摩擦系數的影響。

（二）測試參數設定

根據待測試工業機器人關節的產品規格、工業應用場景需求，結合測試目標，設定核心測試參數，確保參數的合理性與規范性，同時兼顧測試精度與效率，銜接LuGre摩擦模型靜動態參數辨識的相關要求：一是關節運行參數，設定不同的測試轉速（覆蓋關節實際運行的轉速范圍，包括低速、中速、高速）、轉角范圍（覆蓋關節常用轉動角度，確保測試的全面性），設定轉動方向（正轉、反轉，用于測試雙向摩擦特性的一致性）；二是環境參數，設定不同的測試溫度（如20℃、25℃、30℃，用于分析溫度對摩擦力矩的影響），保持濕度、潔凈度等參數穩定；三是負載參數，設定不同的測試負載（覆蓋關節實際運行的負載范圍，包括無負載、輕負載、額定負載），模擬不同工況下的摩擦特性；四是數據采集參數，設定摩擦力矩采集間隔（根據轉速調整，確保采集數據的連續性與完整性），明確數據采集的起始節點與終止節點，設定異常波動判定閾值（如摩擦力矩波動超出平均力矩的±8%即為異常波動），確保數據采集的全面性與針對性，參考精密機械測試與力矩傳感器測試的參數設定原則。

（三）靜態工況下關節摩擦力矩測試實操

1.  測試初始化：啟動測試設備與數據采集設備，調試驅動設備、力矩傳感器至正常工作狀態，將關節調試至設定的初始姿態、環境溫度及負載條件（靜態工況即關節以恒定低速轉動或固定轉角保持穩定，模擬機器人靜態作業場景），確保關節、驅動設備、測試設備協同工作，無異常報錯、無數據丟失，同時記錄初始環境溫度、關節初始力矩值，確保測試初始狀態統一，為后續靜態參數分析奠定基礎。

2.  連續測試與數據采集：在固定工況（恒定轉速、固定負載、穩定溫度）下，讓關節持續運行設定時長，數據采集設備實時采集關節轉動過程中的摩擦力矩數據，同步記錄轉速、轉角、環境溫度、負載大小等相關參數，重點記錄摩擦力矩的變化情況，標記異常波動節點（如摩擦力矩突然驟增、驟降的時間點或轉角位置），確保數據采集的連續性與完整性，避免數據遺漏，同時采集關節正轉、反轉過程中的力矩數據，用于對比分析雙向摩擦特性。

3.  數據統計與分析：測試結束后，整理采集到的摩擦力矩數據，計算核心統計指標，包括平均摩擦力矩、最小摩擦力矩、最大摩擦力矩、摩擦力矩標準差、變異系數（離散程度指標）、異常波動頻次，分析摩擦力矩隨轉角、時間的變化規律，判斷摩擦力矩的均勻性與穩定性是否符合設定閾值，排查異常波動的成因（如是否因潤滑不均、部件配合偏差、溫度變化導致）。同時，對比不同靜態工況下的摩擦力矩數據，分析負載、溫度對靜態摩擦力矩的影響規律，為關節結構優化與潤滑方案改進提供依據，參考LuGre摩擦模型靜態參數辨識的數據分析方法。

4.  重復測試：為減少測試誤差，規避單次測試的偶然性，靜態工況下的摩擦力矩測試需重復3次，每次測試重新初始化設備、調整關節姿態，保持測試參數、環境條件、工況一致，取3次測試結果的平均值、標準差作為最終測試數據，確保測試結果的可靠性與重復性，同時計算測試偏差，確保偏差符合標準要求，提升數據的準確性。

（四）動態工況下關節摩擦力矩測試實操

動態工況下的關節摩擦力矩測試，核心是模擬工業場景中關節運行工況波動的實際情況（如轉速突然變化、負載突然調整、溫度波動），測試關節在動態工況切換時的摩擦力矩穩定性，流程與靜態工況測試基本一致，但需重點關注工況切換時的摩擦力矩波動，貼合工業機器人實際運行特點，同時銜接LuGre摩擦模型動態參數辨識的相關需求，具體細節如下：

1.  工況切換設定：按照工業場景中關節常見的工況波動規律，設定工況切換方案（如每隔20分鐘切換一次轉速或負載，從低速→中速→高速→中速、無負載→輕負載→額定負載循環切換），明確每次工況切換的時間節點、工況參數，確保工況切換的規范性與合理性，模擬工業機器人動態作業場景中的工況變化，同時設定溫度波動梯度，模擬不同環境溫度下的動態摩擦特性。

2.  數據采集重點：在工況切換前后，加密數據采集頻率，重點記錄工況切換瞬間及切換后5-10分鐘內的摩擦力矩波動情況，觀察關節是否能夠快速適應工況變化，摩擦力矩是否快速趨于穩定，是否出現長時間異常波動、卡頓或力矩突變，同時記錄工況切換時的轉速、負載、溫度變化數據，分析工況變化與摩擦力矩波動的關聯性，為動態摩擦特性優化提供依據。

3.  特殊測試補充：針對工業場景中可能出現的極端工況（如高速重載、低溫環境、長時間連續運行），可額外增加極端工況下的摩擦力矩測試，驗證關節在極端條件下的摩擦性能穩定性及自我適配能力，排查極端工況下的摩擦隱患（如潤滑劑失效、部件過熱磨損），同時采集動態參數數據，完善摩擦模型參數辨識基礎，確保測試覆蓋全場景工況需求，提升關節的魯棒性。

（五）測試結果記錄與整理

測試完成后，嚴格按照標準化要求，記錄完整的測試信息，確保測試過程可追溯、結果可核查，同時銜接相關國家標準的記錄規范：包括待測試工業機器人關節型號、結構參數、額定指標，測試設備型號及參數（含力矩傳感器精度、串擾等指標），測試環境參數（溫度、濕度、潔凈度等），測試工況參數（轉速、負載、轉角、工況切換方案等），靜態/動態工況下的全部摩擦力矩數據、統計指標（平均力矩、標準差、變異系數等），異常波動節點及分析，工況變化與摩擦力矩波動的關聯性分析，測試結論等。整理測試數據，繪制摩擦力矩隨轉速、負載、溫度的變化曲線、工況切換時的力矩波動曲線，直觀呈現關節摩擦力矩的變化特性與穩定性表現，對比關節設計要求與相關標準閾值，判定關節摩擦力矩是否合格，形成完整的測試報告，為關節結構優化、潤滑系統改進、控制算法校準、設備驗收、日常維護提供科學依據，同時可將測試數據納入本地化摩擦性能測試數據庫，為后續同類關節測試及摩擦模型參數辨識提供參考。

四、測試結果判定與行業應用延伸

工業機器人關節摩擦力矩測試的合格判定，需結合工業應用場景需求、關節產品設計規格及相關國家標準要求，明確核心判定指標，確保判定結果科學、合理、貼合實際，同時參考力矩傳感器測試的精度要求與LuGre摩擦模型參數范圍：一是摩擦力矩范圍，在規定的工況范圍內，關節摩擦力矩需控制在設計閾值內，且無超出閾值的異常突變；二是摩擦力矩穩定性，在恒定工況下，摩擦力矩的波動范圍不超過平均力矩的±8%（高精度關節不超過±5%），異常波動頻次不超過總測試次數的1%，且無持續性異常波動；三是雙向摩擦一致性，關節正轉、反轉時的摩擦力矩偏差不超過設定值，確保雙向運動性能一致；四是工況適配穩定性，動態工況切換時，關節摩擦力矩能夠在規定時間內趨于穩定，無長時間卡頓、力矩驟增，極端工況下無摩擦失效、部件損壞現象；五是長期運行穩定性，連續運行規定時長內，摩擦力矩無明顯遞增或遞減趨勢（無部件過度磨損、潤滑失效跡象），符合長期運行要求。若未達到上述任意一項要求，判定該工業機器人關節摩擦力矩不合格，需退回生產企業進行優化調整（如重新裝配、更換潤滑劑、優化部件加工精度、校準摩擦模型參數等），直至符合要求后，方可配套工業機器人投入應用。

從行業應用延伸來看，關節摩擦力矩測試結果直接決定了工業機器人的場景適配能力，不同工業場景對關節摩擦性能的需求差異顯著，結合GB/T 12642等相關標準的應用要求，形成差異化適配標準：在精密裝配、高精度定位場景中，需嚴格控制關節摩擦力矩的波動范圍，提升摩擦均勻性與微動性能，確保定位精度與裝配精度；在高速搬運、重載作業場景中，需重點驗證關節在高速重載工況下的摩擦穩定性與耐磨性，避免力矩突變導致的動作偏差；在低溫、粉塵等惡劣工業場景中，需額外關注溫度、環境潔凈度對摩擦力矩的影響，驗證關節的抗干擾能力與潤滑穩定性。此外，隨著工業機器人向輕量化、高精度、長壽命方向發展，關節結構設計不斷優化，新型潤滑材料、精密部件的應用日益廣泛，關節摩擦力矩測試的重點也在不斷延伸，需結合新型關節結構特性與摩擦模型參數辨識需求，優化測試方法，針對性排查新型結構下的摩擦隱患，提升關節的綜合摩擦性能。

此外，工業機器人關節摩擦力矩測試還需遵循標準化的校準與異常處理規范，銜接相關可靠性檢測標準：測試設備（重點是力矩傳感器）需定期校準（每年至少1次），確保測量精度、串擾等參數符合標準要求，重點校準力矩傳感器的準度與精度，減少設備老化導致的誤差；若測試過程中出現關節卡滯、力矩突變、數據異常等問題，需暫停測試，排查故障成因（如潤滑失效、部件磨損、異物侵入、設備連接偏差等），解決故障后重新測試，避免測試結果失真。同時，測試結果也為工業機器人關節的優化提供明確方向：針對摩擦力矩過大的問題，可優化關節結構設計、提升部件加工精度、改進潤滑方案；針對摩擦力矩波動異常的問題，可調整部件配合間隙、優化潤滑均勻性、校準摩擦補償算法；針對長期運行中的摩擦磨損問題，可選用高性能潤滑材料、優化維護周期。通過測試與優化的閉環管理，推動工業機器人關節性能持續提升，延長機器人使用壽命，降低維護成本，助力工業自動化高質量發展，同時銜接國際先進測試理念與摩擦模型技術，提升我國工業機器人的行業競爭力。