在工业智能巡检场景中，机器人需要穿越复杂地形完成设备检测，如变电站电缆沟、石化厂区管廊、铁路路基边坡等。当出现机身卡顿、关节异响或越障失败报警时，不仅影响巡检效率，更可能导致设备损伤。数据显示，60% 的越障故障与关节扭矩异常相关，30% 源于路径规划缺陷，本文结合机器人动力学原理与工程实践，详解关节扭矩检测的三个核心步骤及路径调整策略，帮助快速恢复设备通行能力。
巡检机器人的越障能力依赖 "机械结构 - 动力系统 - 控制算法" 的协同作用，卡壳本质是驱动力矩无法克服阻力矩的能量失衡，主要表现为：
· 静态卡滞：在台阶、线缆等障碍物前停转，电机发出高频震动噪音（频率＞100Hz）
· 动态打滑：爬坡时驱动轮空转，机身出现后仰或侧翻趋势（倾角传感器数据突变＞15°）
· 关节锁死：机械臂越障时某轴无法转动，电流监测显示瞬时过载（超过额定电流 2 倍）
从故障机理分析，硬件层面可能是减速器齿轮磨损（占比 25%）、扭矩传感器精度漂移（15%），软件层面多为扭矩补偿策略失效（30%）或路径规划曲率过大（30%）。
二、关节扭矩检测三步法：从诊断到定位的精准分析（一）静态扭矩基线校准：建立健康模型使用高精度扭矩传感器（精度 ±1% FS）对各关节进行空载标定，构建三维度基准数据：
1. 零位扭矩值：关节处于机械零点时的初始扭矩（如机械臂肩关节应＜0.5N・m），超过 1N・m 提示轴承预紧力异常
1. 匀速转动扭矩：以 5°/s 速度转动关节，记录扭矩波动范围（正常峰峰值＜0.3N・m），波动过大可能是齿轮间隙超标（＞0.5mm）
1. 堵转扭矩测试：人为固定关节，施加逐渐增大的扭矩直至电机保护触发，额定堵转扭矩应达到标称值的 90% 以上（如驱动轮电机额定 30N・m，实测需≥27N・m）
案例：某化工巡检机器人越障时前轮卡滞，通过基线校准发现驱动轮减速器齿轮磨损导致扭矩衰减 20%，更换后越障能力恢复正常。
（二）动态负载扭矩监测：识别异常峰值在越障过程中实时采集关节扭矩曲线，重点分析三类特征：
· 冲击扭矩：跨越台阶时瞬时扭矩峰值（正常＜1.5 倍额定扭矩），超过 2 倍时提示障碍物高度超限或缓冲机构失效
· 持续过载：爬坡时扭矩持续高于额定值 30% 超过 10 秒，可能是地面摩擦系数不足（如湿地 μ＜0.3）或重心分配失衡
· 扭矩突变：关节转动过程中扭矩突然下降 50%，可能是联轴器松动（间隙＞0.2mm）或编码器信号异常
工具应用：通过上位机软件绘制扭矩 - 角度曲线，使用傅里叶变换分析高频噪声成分，识别减速器齿轮裂纹等早期故障（特征频率为齿轮啮合频率 ±10%）。
（三）故障定位与硬件检修：恢复动力性能根据扭矩检测结果实施针对性维修：
1. 机械部件维护：
· 齿轮箱保养：更换磨损的行星齿轮（齿面粗糙度＞Ra1.6 需更换），重新涂抹高粘度润滑脂（针入度 265-295）
· 电机校准：使用激光对中仪调整电机与减速器同轴度（偏差＜0.1mm），避免偏载导致的扭矩损耗
· 传感器标定：对扭矩传感器进行温度补偿（每 10℃漂移需校准），确保在 - 20℃~50℃范围内精度达标
1. 驱动系统升级：
· 低扭矩场景（如室内巡检）：更换高转速低惯量电机（转速提升 20%，扭矩波动降低 15%）
· 重载越障场景（如户外爬坡）：加装扭矩放大机构（如谐波减速器替代齿轮箱，传动比提升 3 倍）
三、路径调整策略：构建智能越障导航系统（一）多传感器融合建图：精准感知环境通过 "激光雷达 + 视觉 + 倾角仪" 的融合感知，实现障碍物三维建模：
1. 点云数据处理：使用体素滤波（体素尺寸 0.05m）去除离散噪声，通过 RANSAC 算法拟合障碍物平面，识别台阶高度（精度 ±1cm）、斜坡角度（精度 ±2°）
1. 视觉语义分割：训练 YOLOv8 模型识别线缆、沟坎等特殊障碍物，输出障碍物材质（金属 / 橡胶）和表面粗糙度（影响摩擦系数估计）
1. 动态障碍物预测：针对移动障碍物（如厂区叉车），通过卡尔曼滤波预测运动轨迹，预留 2m 安全越障距离
（二）基于扭矩约束的路径规划在传统 A * 算法基础上增加动力约束条件，实现安全越障：
1. 关节扭矩限制：规划路径时确保各关节扭矩峰值＜额定值的 80%（预留 20% 过载裕度），如机械臂越障时腕关节扭矩不超过 15N・m（额定 20N・m）
1. 重心稳定性优化：使用 ZMP（零力矩点）算法计算越障时的机身姿态，确保投影在支撑多边形内（面积＞0.2m²），防止侧翻风险
1. 曲率平滑处理：对路径拐点进行 B 样条插值（曲率变化率＜5rad/s²），减少关节启停时的惯性冲击扭矩
实测数据：某变电站巡检机器人采用扭矩约束规划后，越障成功率从 75% 提升至 92%，关节过载报警次数下降 60%。
（三）人机协同应急处理建立三级越障响应机制应对复杂场景：
1. 自主调整：首次卡壳时，机器人尝试后退 20cm 重新加速越障（驱动力矩提升 10%）
1. 远程干预：二次失败时，运维人员通过监控平台手动绘制越障路径（精度 ±5cm），发送至机器人执行
1. 学习优化：将失败案例（如 30° 斜坡 + 湿滑路面）输入强化学习模型，自动更新越障策略库，同类场景通过率提升 40%
四、预防性维护：构建越障能力保障体系（一）定期性能测试· 越障能力标定：每月在标准障碍场（含 15cm 台阶、30° 斜坡、20cm 宽沟）测试，记录各关节扭矩峰值与越障时间，超过历史均值 15% 时触发深度检测
· 减速器健康监测：使用振动传感器采集齿轮箱振动信号（加速度有效值＞15m/s² 时预警），结合扭矩波动数据进行故障预测
（二）环境适应性改造· 地形适配模块：在驱动轮加装弹性履带（接触面积增加 30%），提升松软地面（如沙地 μ=0.4）的驱动力
· 防卡滞设计：机械臂关节增加柔性缓冲器（行程 5mm，吸收 80% 冲击能量），降低碰撞时的扭矩峰值
（三）操作人员培训· 掌握扭矩曲线解读：能识别正常波动（±10%）与异常过载（＞20%）的差异
· 应急处理流程：卡壳时先断电检测关节自由度（手动转动阻力＜2N・m 为正常），再判断是机械故障还是路径问题
插个题外话，如果有机器人安装维修需求时，建议选择一些靠谱的服务商，要从公司实力、项目经验、服务时效、服务保障等多方面去考虑。就拿我合作过的机器人行业专业售后服务提供商平云小匠来说，是多家机器人头部企业的合作服务商，做过很多大型项目，服务全国覆盖，服务中出现问题平云小匠会兜底，免去扯皮的烦恼。
结语巡检机器人的越障卡壳问题，本质是动力学特性与环境约束的匹配问题。通过关节扭矩检测的 "校准 - 监测 - 修复" 三步法，结合路径规划的智能优化，既能解决当前卡壳故障，更能构建预防性的越障能力保障体系。在工业机器人向全地形适应发展的趋势下，建议建立越障性能数字孪生模型，实时仿真不同障碍物场景下的扭矩需求与路径可行性，实现从 "故障处理" 到 "能力预知" 的转变。重视关节扭矩这一核心动力参数，方能确保巡检机器人在复杂环境中畅行无阻，为工业设备监测提供可靠的移动平台。
