CN112199827B - 机械臂的动力学仿真方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

机械臂的动力学仿真方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请适用于机器人技术领域，提供了一种机械臂动力学仿真方法，包括：获取机械臂运动学参数集、关节轨迹参数集和动力学参数集；所述动力学参数集包括用于驱动连杆的各个电机的减速比参数和安装位置参数；根据所述运动学参数集、所述关节轨迹参数集和所述动力学参数集，获得各个可被驱动连杆对应的关节力矩和电机力矩。本申请是实施例提供的机械臂动力学仿真方法，通过在获得各个被驱动连杆对应的关节力矩和电机力矩仿真计算中，引入了各个驱动连杆的电机的减速比参数和电机的安装位置参数，更加适应跨关节布置电机设计的需要，可以获得更准确的仿真结果。

Description

机械臂的动力学仿真方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种机械臂的动力学仿真方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
机械臂在现代自动化制造业应用十分广泛。串联机械臂是一种开式运动链机械臂，它是由一系列连杆通过转动关节或移动关节串联形成的。
在串联机械臂的设计阶段，一般会进行反复迭代设计以生成最优的设计方案，此时需要大量的仿真工作，动力学仿真是必要环节。
现有技术公开的成果大多是针对经典构型的机械臂，即针对电机安装在被其驱动的关节所在的连杆，或用电机直驱关节。但是此方法无法适应跨关节布置电机设计的需要，因此需要一种可以对跨关节布置电机的机械臂进行动力学仿真的方法。
发明内容
本申请实施例提供了一种机械臂的动力学仿真方法、装置、电子设备及存储介质，可以解决对跨关节布置电机的机械臂进行动力学仿真的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种机械臂动力学仿真方法，包括：
获取机械臂的运动学参数集、关节轨迹参数集和动力学参数集；所述动力学参数集包括用于驱动连杆的各个电机的减速比参数和安装位置参数；
根据所述运动学参数集、所述关节轨迹参数集和所述动力学参数集，获得各个可被驱动连杆对应的关节力矩和电机力矩。
应理解，本申请是实施例提供的机械臂动力学仿真方法，通过在获得各个被驱动连杆对应的关节力矩和电机力矩仿真计算中，引入了各个驱动连杆的电机的减速比参数和电机的安装位置参数，更加适应跨关节布置电机设计的需要，可以获得更准确的仿真结果。
第二方面，本申请实施例提供了一种机械臂动力学仿真装置，包括：
参数获取模块，用于获取机械臂运动学参数集、关节轨迹参数集和动力学参数集；所述动力学参数包括用于驱动连杆的各个电机的减速比参数和安装位置参数；
动力学仿真模块，用于根据所述运动学参数集、所述关节轨迹参数集和所述动力学参数集，获得各个可被驱动连杆对应的关节力矩和电机力矩。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：
存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述第一方面所述的方法步骤。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，包括：所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的方法步骤。
第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行上述第一方面所述的方法步骤。
可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的机械臂示意图；
图2是本申请一实施例提供的机械臂仿真系统示意图；
图3是本申请一实施例提供的机械臂仿真系统的动力学仿真处理示意图；
图4是本申请一实施例提供的机械臂仿真系统的运动学仿真处理示意图；
图5是本申请一实施例提供的机械臂仿真系统的轨迹规划仿真处理示意图；
图6是本申请一实施例提供的电机仿真结果示意图；
图7是本申请一实施例提供的同步带仿真结果示意图；
图8是本申请一实施例提供的惯量仿真结果示意图；
图9是本申请一实施例提供的机械臂动力学仿真方法的流程示意图；
图10是本申请实施例提供的机械臂动力学仿真装置的结构示意图；
图11是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
附图1中，100-机械臂，110-基座，111-连杆一，112-连杆二，113-连杆三，114-连杆四，121-电机一转子，122-电机二转子，123-电机三转子，131-电机一定子，132-电机二定子，133-电机三定子，141-同步带一，142-同步带二，1431-同步带三，1432-同步带四，151-旋转轴一，152-旋转轴二，153-旋转轴三，161-中转轴。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
术语“序列”表示随时间变化的一系列的值。
机械臂在现代自动化制造业应用十分广泛。串联机械臂是一种开式运动链机械臂，它是由一系列连杆(臂体)通过转动关节或移动关节串联形成的。
在串联机械臂的设计阶段，一般会进行反复迭代设计以生成最优的设计方案，此时需要大量的仿真工作，动力学仿真是必要环节。
现有技术公开的成果大多是针对经典构型的机械臂，即针对电机安装在被其驱动的关节所在的连杆，或用电机直驱关节。但是此方法无法适应跨关节布置电机设计的需要。所述跨关节布置电机设计，是指驱动安装在被其驱动的关节所在连杆之外的连杆。
研发人员在设计过程中若沿用一般非标自动化设备的设计方法，易忽略机械臂的特殊性带来的附加因素，例如由于连杆旋转，对关节造成的科氏力等，这会导致关键零部件的容量计算不准确，进而导致样机实验和制造周期加长，甚至研发失败。
图1示出的是本申请实施例提供的一种串联机械臂100。该机械臂的连杆一111安装在基座110上。连杆一111和连杆二112通过旋转轴一151连接。连杆二112和连杆三113通过旋转轴二152连接。连杆三113和连杆四114通过旋转轴三153连接。电机一定子131固定在连杆一111上，电机一转子121通过同步带一141带动旋转轴一151驱动连杆二112。电机二定子132固定在连杆二112上，电机二转子122通过同步带二142带动旋转轴二152驱动连杆三113。电机三定子133固定在连杆二112上，电机三转子123通过同步带三1431带动中间轴161旋转，中间轴161旋转时通过同步带四1432驱动连杆四114。
在一些实施例中，机械臂的连杆数量可以多于上述示例，也可以少于上述示例，电机的安装位置也可以根据实际需要安装在合适的连杆上，本申请实施例提供的机械臂动力学仿真的方法也均适用。
在本申请实施例提供的机械臂100的示例中，连杆四114并不是由安装在连杆三113上的电机驱动的，而是由安装在连杆二112上的电机三转子123，通过两级同步带：同步带三1431和同步带四1432驱动的。现有的机械臂仿真方法计算电机三、同步带三、同步带四的所需的性能参数时，由于没有考虑跨关机布置电机驱动的机械臂的特殊性带来的附加因素，例如由于连杆旋转，对关节造成的科氏力等，这会导致关键零部件，例如电机和同步带，的容量计算不准确，进而导致样机实验和制造周期加长，甚至研发失败。
在本申请的实施例中，引入了电机安装位置参数和电机减速比参数。参见表1，表1中表示了机械臂100的电机安装位置和电机驱动连杆的关系。表1中的连杆i为安装电机的连杆，连杆j为被电机驱动的连杆，表1中的1代表连杆j被安装在连杆i上的电机驱动。表1中的0代表连杆j没有被安装在连杆i上的电机驱动。
表1：
在一些实施例中，表1表示的电机安装位置和电机与机械臂的驱动关系可以表示为一个n×n的4×4的二维数组数组。应理解，当机械臂的连杆数量为n个时，n为正整数，该机械臂的电机安装位置和电机驱动连杆的关系可以用一个n×n的二维数组数组表示。
以本申请提供的实施例中提供的机械臂100为例，该机械臂的电机安装位置和电机与机械臂的驱动关系用数组mp表示，表示连杆一111上安装着驱动连杆二112的电机一，连杆二112安装着驱动连杆三113和连杆四114的电机二和电机三。在对机械臂进行动力学仿真时，将数组mp作为电机安装位置参数。
应理解，本申请的实施例采用二维数组表示电机安装位置和电机与机械臂的驱动关系。在另一些实施例中，还可以采用编程语言的结构体表示电机安装位置参数；在另一些实施例中还可以用表或者向量表示电机位置安装参数。这里不做具体的限定。
表2中展示了机械臂各个驱动连杆的电机的减速比数据。其中，gi1表示驱动连杆i，对应本申请实施例提供的机械臂100的构型，i为1到4的正整数。的电机的一级减速比，gi2表示驱动连杆i的电机二级减速比，gi表示总的减速比，在一些实施例中，机械臂的连杆数量为n个，则其中，i的取值为1至n的正整数。
表2：
对应于本申请实施例提供的机械臂100的构型，表2中的机械臂各个连杆的电机减速比数据可以用一个4×3的二维数据来表示。在一些实施例中，机械臂的连杆数量为n个，则机械臂各个连杆的电机减速比数据可以用一个n×3的二维数据来表示。在一个具体的示例中，对应于本申请实施例提供的机械臂100，该机械臂的电机减速比参数可以用数组g表示，该示例中，连杆一对应的一级减速比和二级减速比均为0。驱动连杆二的电机由于直接驱动连杆二，因此只有一级减速比，二级减速比为0。连杆三与连杆二同理。连杆四由于通过两级同步带被电机三驱动，因此，驱动连杆四的电机具有一级减速比和二级减速比。
应理解，表2中的机械臂各个连杆的电机减速比数据可以用一个2×2的二维数据来表示，该数组仅表示一级减速比gi1和二级减速比gi2，在仿真计算过程中，若需要利用总减速比gi，则通过获得。如何表示机械臂各个连杆的电机减速比数据，本申请不作具体的限定。
应理解，本申请的一些实施例采用二维数组表示机械臂各个驱动连杆的电机的减速比数据。在另一些实施例中，还可以采用编程语言的结构体表示电机安装位置参数；在另一些实施例中还可以用表或者向量表示机械臂各个驱动连杆的电机的减速比数据。这里不做具体的限定。
图2示出的是本申请实施提供的一种机械臂仿真系统。该系统包括但不限于用户输入模块、仿真处理模块和显示模块。
用户输入模块用于接受用户或者其他设备输入的机械臂仿真输入参数，用户输入模块包括但不限于：DH参数输入单元、工作空间轨迹参数输入单元、工作空间点到的点参数输入单元、关节空间点到点参数输入单元、动力学参数输入单元、电机参数输入单元和同步带参数输入单元。各个单元用于接收其对应的仿真输入参数。
仿真处理模块用于根据接收到的仿真输入参数对机械臂进行运动学仿真、轨迹规划仿真、动力学仿真和仿真数据处理。仿真处理模块包括不限于：运动学处理单元、轨迹规划单元、动力学单元和数据处理单元。
显示模块用于接收并显示仿真处理模块各个单元输出的仿真结果。显示模块包括但不限于：机械臂动作仿真显示单元、关节轨迹显示单元和动力学性能显示单元。
应理解，本申请实施例提供的仿真系统可以通过高级程序语言实现，也可以在开源或商业的仿真系统中实现，具体的实现方式不做具体的限定。
利用本申请实施例提供的仿真系统，可以高效快捷地对机械臂进行动力学分析，包括但不限于计算机械臂的关节力矩和关节转速、电机力矩和电机转速以及同步带的功率。经数据处理模块处理后形成仿真数据曲线，可一目了然地观察电机性能、同步带性能以及机械臂性能。基于仿真结果，设计人员可及时调整关键零部件的型号。
本申请的实施例中，通过仿真处理模块中的动力学单元对机械臂的动力学性能进行仿真，如图3所示，动力学单元接收的输入参数包括但不限于，用户通过动力学参数输入单元输入的动力学参数，和从运动学处理单元或轨迹规划单元接收到的关节轨迹参数。动力学单元通过对其输入参数的计算，输出可用于评价机械臂动力学性能的动力学性能参数，动力学性能参数包括但不限于关节力矩和电机力矩。在一些实施例中，运动学处理单元或轨迹规划单元输出关节轨迹参数序列供动力学单元处理，动力学单元接收关节轨迹参数序列，生成关节力矩序列和电机力矩序列。动力学参数包括：连杆i的惯量矩阵连杆i的质心位置/>连杆i质量mi、驱动连杆i的电机的减速比参数、驱动连杆i的电机转子的惯量Imi、电机的安装位置参数mp。关机轨迹参数包括但不限于q,/>其中q＝[θ1,θ2,...,θn],
在本申请的实施例中，对可被驱动连杆进行遍历，即对除连杆一之外的各个连杆进行遍历，获取被驱动的各个连杆的关节轨迹参数集、运动学参数集和动力学参数集。通过关节轨迹参数集、运动学参数集和动力学参数集获得该连杆对应的关机力矩τi和电机力矩可被驱动连杆是指被带动旋转关节旋转的电机驱动的连杆。
本申请实施例，机械臂各个被驱动的连杆，在通过关节轨迹参数、运动学参数和动力学参数计算对应连杆的关节驱动力矩和电机力矩过程中，根据电机安装位置参数和所述电机减速比参数，对驱动所述连杆的电机转子角加速度进行修正，获得目标电机转子角加速度；根据电机安装位置参数和所述电机减速比参数，对作用在所述连杆质心上的第一力矩进行修正，获得目标第一力矩；根据所述目标第一力矩获得关节驱动力矩；根据所述目标电机转子角加速度和所述关节驱动力矩获得电机力矩。
在一个具体的实施方式中，以本申请实施例提供的机械臂100为例，获取关节轨迹参数、运动学参数和动力学参数；针对机械臂100的各个被驱动的目标连杆，根据关节轨迹参数、运动学参数和动力学参数确定关节力矩τi和电机力矩的过程包括以下步骤A1至步骤A4。若非单独说明，本申请各个实施例中所称的连杆i是指仿真计算针对的当前进行仿真计算的目标连杆；连杆i-1是连杆i的上一级连杆(第一连杆)，即相对于连杆i更靠近基座的连杆；连杆i+1是连杆i的下一级连杆(第二连杆)，即相对于连杆i更远离基座的连杆。以本申请实施例提供的机械臂100为例，在仿真计算过程中，当连杆二为目标连杆时，连杆一为上一级连杆，连杆三为下一级连杆；关节i为驱动连杆i的关节，电机i为带动关节i驱动连杆i的电机；连杆j为机械臂个各个连杆中，被设置于连杆i的电机驱动的连杆。
步骤A1：计算被驱动连杆i的角速度iwi、角加速度连杆坐标系原点的线加速度/>
应理解，在本申请实施例中，如图1所示的机械臂100，因连杆一与基座相连，没有电机驱动其旋转，因此，连杆一的连杆的角速度iwi、角加速度连杆坐标系原点的线加速度/>初值应为：
1w1＝0，
步骤A1.1：获取机械臂的运动学参数T，根据运动学参数T获得旋转矩阵和位置向量/>其中，旋转矩阵/>为连杆i-1的坐标系相对于连杆i的坐标系的旋转矩阵，位置向量/>为连杆i坐标系原点相对于连杆i-1坐标系原点的位置向量。
运动学参数集T包括关节角、连杆长度、连杆偏置和连杆扭转角等四项参数，使用齐次坐标变换的方法可以求出第i-1个连杆坐标系相对于第i个连杆的坐标系中的旋转矩阵连杆i坐标系原点相对于连杆i-1坐标系的位置向量/>在一些实施例中，运动学参数可以通过用户输入模块获得，也可通过将机械臂模型导入仿真软件，通过仿真软件获得。
采用伪代码可以表示为：
步骤A1.2：根据旋转矩阵第i-1个连杆的角速度i-1wi-1、驱动连杆关节的角速度/>和关节方向向量z'，获得连杆i的角速度iwi。在建立坐标系时一般将Z轴和关节方向向量对齐所以关节方向向量z'均为[0；0；1]。具体的：
步骤A1.3：根据旋转矩阵连杆i-1的角加速度/>连杆i-1的角速度i- 1wi-1、关节方向向量z'、关节i的角速度/>和关节i的角加速度/>获得连杆i的角加速度具体的：
步骤A1.4：根据旋转矩阵位置向量/>连杆i-1的角加速度/>连杆i-1的角速度i-1wi-1、连杆i的角速度iwi和关节方向向量z'，获得连杆i坐标系原点的线加速度具体的：
步骤A2：计算电机转子角加速度
步骤A2.1：根据连杆i的角加速度连杆i的质心位置向量/>连杆i的角速度iwi、连杆i坐标系原点的线加速度/>获得连杆质心处的线加速度/>具体的：
步骤A2.2：依据牛顿定理，根据连杆质量mi和连杆质心处的线加速度获得连杆质心处的惯性力iFi。具体的：
步骤A2.3：依据欧拉定理，根据连杆i质心的惯量矩阵连杆i的角速度wi、连杆i的角加速度/>获得连杆i质心处的惯性力矩iNi。具体的：
步骤A2.4：获得驱动连杆i的电机转子的角加速度
获得驱动连杆i的电机转子的角加速度包括：根据连杆i的减速比参数、关节i的角速度/>关节i-1的角速度/>关节i的角加速度/>和关节i-1的角加速度/>关节方向向量z'、驱动连杆i的电机所在的连杆的角速度，获得驱动连杆i的电机转子的角加速度
情况1：在驱动关机i的电机的二级减速比不为0时，通过连杆i的总减速比gi、连杆i的二级减速比gi2、关节i的角速度关节i-1的角速度/>关节i的角加速度/>和关节i-1的角加速度/>关节方向向量z'、驱动连杆i的电机所在的连杆的角速度wi-2，获得驱动连杆i的电机转子的角加速度/>
情况2：在驱动关机i的电机的二级减速比为0时，通过连杆i的总减速比gi、关节i的角速度关节i的角加速度/>和、连杆i-1的角速度wi-1、关节方向向量z'，获得驱动连杆i的电机转子的角加速度/>
具体的，
情况1：当i≥2，并且gi2≠0时，
情况2：当i≥2，并且gi2＝0时，
应理解，对于本申请实施例提供的机械臂100，i＝4时会触发情况1，i＝2和3时会触发情况2。现有的动力学仿真方法。一方面，不会考虑电机转子的角加速度引起的惯量力矩，造成求解电机的转矩比实际值偏小；另一方面，现有的仿真方法或开源工具大都是解决经典构型的机械臂的仿真问题，而没有考虑到跨关节布置的机械臂构型的仿真问题。如果不考虑跨关节布电机的问题，仅针对情况2计算电机转子的角加速度的话，在一种实现方式的公式/>中，没有考虑到以下三点：
(1)二级减速比引起的关节速度的变化值
(2)二级减速比引起的关节加速度的变化值
(3)没有考虑跨关节布置电机所在的连杆的角速度应变换成wk-2，会造成计算结果偏差。
应理解，本申请以机械臂100为例介绍机械臂的动力学仿真的方法，实际上，当电机布置的位置电机有多级减速比的情况，本领域技术人员不需要付出创造性劳动，即可在本申请实施例的教导下对电机减速比参数和相关计算过程进行调整，以适应实际的机械臂构型。
步骤A3：计算驱动连杆i的关节的关节力矩
步骤A3.1：根据旋转矩阵连杆i+1的所受到的矢量力i+1fi+1、连杆i的惯性力iFi，获得连杆i关节处受到的力ifi。具体的，
需要指出的是，当连杆i为图1中的机械臂100的连杆四时，机器人的负载相当于是其下一级连杆。此种情况下，对一个在自由空间中运动的机器人来说，i+1fi+1和等于零。如果机器人与环境接触，也就是负载不为零，i+1fi+1和/>等于负载产生的矢量力和力矩。
步骤A3.2：遍历电机安装位置参数数组mp，针对设置于连杆i的电机驱动的各个连杆j(第三连杆)，根据驱动连杆j的电机转子的转动惯量Imj、关节i的角速度关节i的角加速度/>关节的方向向量z'、驱动连杆j的电机的总减速比gj和连杆j的角速度wj，获得叠加在连杆i的力矩附加值/>其中，连杆j为被设置于连杆i的电机驱动连杆。
采用伪代码可以表示为，
设/>初值为0
步骤A3.3：根据连杆i的惯性力矩iNi、第i+1个连杆的关节力矩惯性力引起的力矩/>第i+1关节的力引起的力矩/>和被驱动连杆i的力矩附加值/>获得连杆i的质心上的关节力矩/> 为每个连杆的质心位置。iFi为惯性力。具体的，
此处是为了求解跨关节布置电机的机械臂构型的第二处修正。修正在连杆i上安装的电机转子造成的力矩附加值这里的力矩附加值是欧拉定理的电机转子的角动量因素。
现有的仿真方法和仿真工具因忽略电机转子的角动量因素引起的附加力矩值造成求解电机的转矩比实际值偏小。本申请实施例通过在计算关节力矩/>时考虑附加力矩值/>使得获得的节力矩/>更接近对电机等器件实际性能的需要。
步骤A4：计算驱动连杆i的关机关节处的关节力矩τi和电机力矩
根据连杆i的关节力矩连杆i的关节的方向向量z'，获得关节力矩τi。具体的，
根据电机i转子的转动惯量Imi，电机i的转子的角加速度电机i的转子的方向向量z'，获得电机i的惯量力矩/>电机i为驱动连杆i的电机。具体的，
根据连杆i的关节处受到的力矩τi、电机i的惯量力矩获得电机驱动连杆i所需的电机力矩/>具体的，
需要指出的是，根据关节轨迹参数、运动学参数和动力学参数确定关节力矩τi和电机力矩的步骤A1至步骤A4由两部分组成，第一部分是对每个连杆应用牛顿-欧拉方程，从连杆一到连杆四向外迭代计算连杆的速度和加速度，简称外推。第二部分是从连杆四到连杆一向内迭代计算连杆间的相互作用力和力矩以及关节驱动力，以及矩电机力矩，简称内推。对于转动关节来说，上述根据关节轨迹参数、运动学参数和动力学参数确定关节力矩τi和电机力矩/>的过程可以归纳如下：
外推：i:1→n
执行步骤1和步骤2；
内推：i:n→1
执行步骤3和步骤4。
其中n为连杆数。可以理解，针对各个被驱动的目标连杆，根据关节轨迹参数、运动学参数和动力学参数确定关节力矩τi和电机力矩涉及到的上一级或下一级连杆的参数，可以在外推或内推过程中获得，这里不再赘述。
在一些实施例中，获取关节轨迹参数可以有几种不同的方式：
方式一：参见图4，通过DH参数输入单元获取DH参数。根据DH参数建立机械臂的正运动学模型p＝f(q)。其中p＝[x,y,z,θ]T表示机械臂末端的位置和姿态，q＝[θ1,θ2,θ3,θ4]T表示四个关节值。将DH算法模块的输出参数输入二阶算法子单元，可由二阶算法子单元求出关节角位置序列q(t)，关节角速度序列关节角加速度序列/>其中x表示x轴方向的位置，y表示y轴方向的位置，z表示z轴方向的位置，θ表示末端绕z轴的旋转角度，表示姿态。其中θi表示关节i的旋转角度值，i＝1，2，3或4。
方式二：参见图4，通过工作空间轨迹输入单元设给定的工作空间的起点位姿p0、终点位姿pe、末端平均线速度，经轨迹插补算法可求出工作空间点序列位置p(t)，速度加速度/>其中t表示时间。经轨迹插补算法得出点序列p(t),/>将其输入二阶算法子单元，可由二阶算法子单元求出关节角位置序列q(t)，关节角速度序列/>关节角加速度序列/>
方式三：参见图4，通过工作空间点到点输入单元获得工作空间点到点参数，工作空间点到点参数经过逆解算法单元获得起点和终点的关节值q0和qe。如图5所示，再由轨迹规划单元根据关节值q0和qe，通过五次多项式算法子单元获得关节轨迹序列。
方式四：通过关节空间点到点单元获得起点和终点的关节值q0和qe。如图5再由轨迹规划单元根据关节值q0和qe，通过五次多项式算法子单元获得关节轨迹序列。
在本申请的实施例中，通过以上四种方式获得机械臂的关节轨迹参数序列q(t),针对关节轨迹序列中每个时间点的一组关节轨迹关节轨迹参数集q,/>经动力学单元计算后可得到关节力矩值τi和电机力矩值/>对动力学单元输入一系列的关节轨迹参数序列q(t),/>的关节轨迹参数，可以获得电机力矩序列/>和机械臂的关节力矩序列τ(t)。通过关节轨迹参数序列q(t),/>和减速比参数，获得电机转速参数序列/>根据电机力矩序列/>和电机转速参数序列/>可以绘制电机转速-力矩曲线。根据关节力矩序列和关节轨迹参数序列中的关节角速度参数序列/>和关节力矩序列τ(t)计算同步带的瞬时功率序列Pm(t)，并根据同步带的瞬时功率序列Pm(t)和电机转速参数序列/>获得同步带的瞬时功率-转速曲线。
具体的，仿真处理模块的数据处理单元接收动接受动力学单元输入的：关节轨迹参数序列q(t)电机力矩序列Γm(t)、机械臂关节力矩序列τ(t)。数据处理单元接收用户输入模块的电机参数输入单元和同步带参数输入单元输入的同步带容量插值点：转速vt和功率Pt，和电机的特性插值点：转速vt和力矩τm'。同步带容量插值点和电机的特性插值点可由同步带厂商和电机厂商提供。
数据处理模块通过以下步骤D1和D2获得电机转速-力矩曲线图、同步带转速-功率曲线图。可以通过电机转速-力矩曲线图、同步带转速-功率曲线图，对电机设计性能和同步带设计性能进行评估。
步骤D1：关节轨迹参数序列q(t),和减速比参数，获得各个电机i的转速参数序列/>其中电机i为驱动第i个连杆的电机。对于本申请实施例提供的，如图1所示的机械臂100，i＝2到n，n为机械臂的连杆数量4。
通过关节轨迹参数序列q(t),中的一组关节轨迹参数q,/>获得电机转速参数/>根据二级减速比gi2分为两种情况，情况A和情况B。
情况A：如果i≥2，并且gi2≠0，则根据总减速比gi，二级减速比gi2，和关节轨迹参数中的关节角速度参数获得电机转速参数。可以理解是的，本申请实施例提供的，如图1所示机械臂100的构型，i＝4时会触发这种情况。具体的，
情况B：如果i≥2，并且gi2＝0，则根据总减速比gi和关节轨迹参数中的关节角速度参数获得电机转速参数。可以理解是的，本申请实施例提供的，如图1所示机械臂100的构型，i＝2和3时会触发这种情况。具体的，
表示连杆i相对于连杆i-1的转速。
步骤D2：根据电机力矩序列和电机转速参数序列/>绘制电机转速-力矩曲线，即电机需求性能曲线。根据机的特性插值点：转速vt和力矩τm'绘制电机本身的特性曲线图。
如图6所示，横轴为转速，单位为转每分(rpm)，纵轴为力矩，单位为牛顿·米(N·m)虚线表示电机的固有性能，实线的仿真轨迹表示电机实际需要的性能曲线。虚线为电机本身的特性曲线。虚线部分无法完全包络实线部分，说明初选电机不能满足实际需要，需要对电机型号进行调整。
步骤D3：根据关节力矩序列和关节轨迹参数序列中的关节角速度参数序列和关节力矩序列τ(t)计算同步带的瞬时功率序列Pm(t)，并根据同步带的瞬时功率序列Pm(t)和电机转速参数序列/>获得同步带的瞬时功率-转速曲线，即同步带需求性能曲线。
根据同步带容量插值点的转速vt和功率Pt绘制同步带容量的曲线图，即同步带的固有性能曲线。
在一些实施例中，根据关节力矩序列和关节轨迹参数序列中的关节角速度参数序列和关节力矩序列τ(t)计算同步带的瞬时功率序列Pm(t)的步骤，可以通过现有技术的算法，利用采用高级编程语言编程实现，也可利用商业仿真软件或开源仿真环境实现，属于现有技术范畴，本申请不做具体限定。
如图7所示，实线表示同步带的固有性能曲线，横轴为转速，单位为转每分(rpm)，纵轴为瞬时功率，单位为瓦(W)。虚线仿真轨迹表示实际需要的同步带性能，实现为同步带固有性能曲线。如上图所示发现同步带的固有性能曲线可以完全包络需求曲线，所以暂时任务同步带选型是合格的。
在一些实施例中，通过开源仿真程序或者开源仿真程序根据关节轨迹参数序列q(t),中的关节速度参数序列q(t)计算驱动连杆i的关节i的关节惯量序列IJi(t)。并根据关节惯量序列IJi(t)绘制关节惯量曲线，该曲线可以用于表示关节惯量随时间的变化，如图8所示，表示关节的惯量随时间的变化过程，横轴为时间，单位为秒(s)，纵轴为惯量值，单位为千克米2可作为分析连杆结构设计和轨迹运动的合理性。若惯量变化速率较快，说明运动平均速度太快，需重新评估机械臂设计目标。也可说明连杆的惯量设计得太大，需重新评估。
应理解，在实现本申请实施例时，可以通过采用高级编程语言编程实现本申请实施例，也可采用商业仿真软件或开源仿真环境实现本申请实施例，本申请不做具体限定。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
图9示出的是本申请实施例提供的机械臂动力学仿真方法的流程示意图。应用于图2所示的机械臂仿真系统，包括步骤S110和步骤S120：
S110，获取机械臂的运动学参数集、关节轨迹参数集和动力学参数集；所述动力学参数集包括用于驱动连杆的各个电机的减速比参数、所述电机的安装位置参数mp；
S120，根据所述运动学参数集、所述关节轨迹参数集集和所述动力学参数，获得各个可被驱动的连杆对应的关节力矩τi和电机力矩
可选的，所述动力学参数还包括惯量矩阵连杆质心位置/>连杆质量mi和所述电机的电机转子的惯量Imi，和关节方向向量z'；所述关节轨迹参数集包括各个驱动连杆的关节的关节轨迹参数；所述关节轨迹参数集包括用于驱动连杆的各个关节的角速度/>和角加速度/>
根据所述运动学参数、所述关节轨迹参数和所述动力学参数获得各个可被驱动的连杆对应的关节力矩τi和电机力矩包括：
任一被驱动的连杆作为目标连杆，执行以下步骤可以获得目标连杆的关节力矩τi和电机力矩针对各个可被驱动的目标连杆，执行以下各个步骤可以获得各个被驱动连杆的关节力矩τi和电机力矩/>
根据所述运动学参数集，获得目标连杆相对于第一连杆的旋转矩阵和所述目标连杆相对于第一连杆的位置向量/>所述第一连杆为与所述目标连杆连接的，所述第一连杆相较于所述目标连杆更靠近所述机械臂的基座；
根据所述旋转矩阵所述位置向量/>所述第一连杆的角速度i-1wi-1、所述目标关节的关节轨迹参数和所述关节方向向量z'，获得所述目标连杆的角速度iwi、角加速度/>和所述目标连杆坐标系原点的线加速度/>
根据所述目标连杆的角加速度所述目标连杆的质心位置向量/>所述目标连杆坐标系原点的线加速度/>和所述目标连杆的连杆质量mi，获得所述目标连杆质心处的惯性力iFi；
根据所述目标连杆质心的惯量矩阵所述目标连杆的角速度wi、和所述目标连杆的角加速度/>获得所述目标连杆质心处的惯性力矩iNi；
根据所述目标电机的减速比参数、所述目标关节的关节轨迹参数，驱动所述第一连杆的关节轨迹参数、关节方向向量z'、和所述目标电机所在的连杆的角速度，获得所述目标电机转子的角加速度
根据所述旋转矩阵第二连杆的所受到的矢量力i+1fi+1、和所述目标连杆的惯性力iFi，获得驱动所述目标连杆关节受到的力ifi；所述第二连杆为与所述目标连杆连接的连杆，所述第二连杆相对于所述目标连杆远离所述机械臂的基座；
根据所述安装位置参数，确定设置于所述目标连杆的电机驱动的各个第三连杆；
针对各个所述第三连杆，根据驱动所述第三连杆的电机转子的转动惯量Imj、驱动所述第三连杆的关节的关节轨迹参数、关节的方向向量z'、和驱动所述第三连杆的电机的总减速比、和所述第三连杆的角速度wj，获得各个第三连杆叠加在目标连杆的力矩附加值
根据所述目标连杆的惯性力矩iNi、所述目标连杆的惯性力iFi、所述目标连杆的质心位置向量所述目标连杆的第二连杆相对于所述目标连杆的旋转矩阵/>所述目标连杆的第二连杆的关节力矩/>所述第二连杆相对于所述目标连杆的位置向量/>驱动所述第二连杆的关节受到的力fi+1、和所述目标连杆的力矩附加值/>获得所述目标连杆的质心上的关节力矩/>
根据所述目标连杆的质心上的关节力矩和所述关节的方向向量z'，获得所述目标连杆的关节力矩τi；
根据所述目标电机的的电机转子的转动惯量Imi、所述目标电机的转子的角加速度和所述关节方向向量z'，获得所述电机的惯量力矩/>
根据所述目标连杆的关节处受到的力矩τi、和所述电机的惯量力矩获得所述电机驱动所述目标连杆所需的电机力矩/>
将所述第二连杆作为目标连杆，返回根据所述运动学参数获得目标连杆相对于第一连杆的旋转矩阵和所述目标连杆相对于第一连杆的位置向量/>直到所述目标连杆没有第二连杆；所述第二连杆为与所述目标连杆连接的，相对于所述目标连杆远离所述机械臂的基座连杆。
可选的，所述关节轨迹参数集包括用于驱动连杆的各个关节的角速度和角加速度/>所述减速比参数包括总减速比gi、一级减速比gi和二级减速比gi2；
根据所述目标连杆的减速比参数、所述目标关节的关节轨迹参数，所述目标连杆的第一连杆的关节轨迹参数、关节方向向量z'、和所述目标电机所在的连杆的角速度，获得驱动所述目标连杆的电机转子的角加速度包括：
若所述目标电机的二级减速比不为0，则根据所述目标电机的总减速比gi、所述目标电机的二级减速比gi2、所述目标关节的角速度驱动所述第一连杆的关节的角速度目标关节的角加速度/>和驱动所述第一连杆的关节的角加速度/>关节方向向量z'、所述目标电机所在的连杆的角速度wi-2，获得所述目标电机的电机转子的角加速度/>
若所述目标电机的二级减速比为0，则根据所述目标电机的总减速比gi、所述目标关节的角速度目标关节的角加速度/>所述第一连杆的角速度wi-1和关节方向向量z'，获得驱动所述目标电机的电机转子的角加速度/>
可选的，所述关节轨迹参数包括驱动连杆的关节的角速度和角加速度/>
针对设置于所述目标连杆的电机驱动的各个第三连杆，根据驱动所述第三连杆的电机转子的转动惯量Imj、所述第三连杆的关节轨迹参数、关节的方向向量z'、驱动所述第三连杆的电机的总减速比和第三连杆的角速度wj，获得各个第三连杆叠加在目标连杆的力矩附加值包括：
通过公式计算各个第三连杆的力矩附加值nmj；
将各个所述第三连杆的力矩附加值nmj相加，获得所述目标连杆的力矩附加值；
其中，Imj为驱动所述第三连杆的电机转子的转动惯量，z'为关节的方向向量，wj为所述第三连杆的角速度，为驱动所述第三连杆的关节的角速度，/>为驱动所述第三连杆的关节的角加速度，gj为驱动所述第三连杆的电机的总减速比。
可选的，根据所述目标连杆的惯性力矩iNi、所述目标连杆的惯性力iFi、所述目标连杆的质心位置向量所述第二连杆相对于所述目标连杆的旋转矩阵/>所述第二连杆的关节力矩/>所述第二连杆相对于所述目标连杆的位置向量/>驱动所述第二连杆的关节受到的力fi+1和所述目标连杆的力矩附加值/>获得所述目标连杆的质心上的关节力矩/>包括：
通过公式获得所述目标连杆的质心上的关节力矩/>
其中，iNi为目标连杆的惯性力矩，为目标连杆的惯性力iFi，为目标连杆的质心位置向量，/>为目标连杆的第二连杆的旋转矩阵，/>为目标连杆的第二连杆的关节力矩，/>为目标连杆的第二连杆的位置向量，驱动为目标连杆的第二连杆的关节受到的力fi+1，/>为目标连杆的力矩附加值。
可选的，该机械臂动力学仿真方法，还包括：
针对关节轨迹参数序列q(t),中每个时间点对应的关节轨迹参数集，执行获取机械臂的各个连杆对应的运动学参数集、关节轨迹参数集和动力学参数集；根据所述运动学参数集、所述关节轨迹参数集和所述动力学参数集，获得各个被驱动连杆对应的关节力矩τi和电机力矩/>的步骤，获得关节力矩序列τ(t)和电机力矩序列/>
可选的，该机械臂动力学仿真方法，还包括：
针对关节轨迹参数序列中每个时间点对应的关节轨迹参数所述减速比参数获得电机转速序列
根据关节轨迹参数序列的角速度序列和所述关节力矩序列获得同步带瞬时功率序列Pm(t)；
根据所述电机力矩序列和所述电机转速序列，绘制电机需求性能曲线；
根据同步带的瞬时功率序列和电机转速参数序列，获得同步带需求性能曲线。
对应于上述图9所示的机械臂动力学仿真方法，图10示出的是本申请实施例提供的一种机械臂动力学仿真装置，包括：
参数获取模块M110，用于获取机械臂的运动学参数集、关节轨迹参数集和动力学参数集；所述动力学参数集包括用于驱动连杆的各个电机的减速比参数和安装位置参数mp。
动力学仿真模块M120，用于根据所述运动学参数集、所述关节轨迹参数集和所述动力学参数集，获得各个被驱动连杆对应的关节力矩τi和电机力矩
可以理解的是，以上实施例中的各种实施方式和实施方式组合及其有益效果同样适用于本实施例，这里不再赘述。
图11为本申请一实施例提供的电子设备的结构示意图。所述电子设备用于实现图2所示的机械臂仿真系统。在一些实施例中，用于实现本申请实施例提供的机械臂动力学仿真方法。如图11所示，该实施例的电子设备D10包括：至少一个处理器D100(图11中仅示出一个)处理器、存储器D101以及存储在所述存储器D101中并可在所述至少一个处理器D100上运行的计算机程序D102，所述处理器D100执行所述计算机程序D102时实现上述任意各个方法实施例中的步骤。或者，所述处理器D100执行所述计算机程序D102时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。
所述电子设备D10可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。该电子设备可包括，但不仅限于，处理器D100、存储器D101。本领域技术人员可以理解，图11仅仅是电子设备D10的举例，并不构成对电子设备D10的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。
所称处理器D100可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器D100还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器D101在一些实施例中可以是所述电子设备D10的内部存储单元，例如电子设备D10的硬盘或内存。所述存储器D101在另一些实施例中也可以是所述电子设备D10的外部存储设备，例如所述电子设备D10上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart MediaCard,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器D101还可以既包括所述电子设备D10的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器D101用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(BootLoader)、数据以及其他程序等，例如所述计算机程序的程序代码等。所述存储器D101还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。
本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/网络设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/网络设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机械臂动力学仿真方法，其特征在于，包括：
获取机械臂的运动学参数集、关节轨迹参数集和动力学参数集；所述动力学参数集包括用于驱动连杆的各个电机的减速比参数和安装位置参数；
根据所述运动学参数集、所述关节轨迹参数集和所述动力学参数集，获得各个可被驱动连杆对应的关节力矩和电机力矩；
所述动力学参数集还包括各个连杆的惯量矩阵、各个连杆的质心位置、各个连杆的连杆质量、所述电机的电机转子的惯量、和关节方向向量；所述关节轨迹参数集包括用于驱动连杆的各个关节的关节轨迹参数；所述关节轨迹参数集包括驱动连杆的关节的角速度和角加速度；
根据所述运动学参数集、所述关节轨迹参数集和所述动力学参数集，获得各个可被驱动连杆对应的关节力矩和电机力矩，包括：
针对各个可被驱动的目标连杆，执行以下各个步骤：
根据所述运动学参数集，获得目标连杆相对于第一连杆的旋转矩阵，和获得所述目标连杆相对于第一连杆的位置向量；所述第一连杆为与所述目标连杆连接的连杆，所述第一连杆相较于所述目标连杆更靠近所述机械臂的基座；
驱动所述目标连杆的关节为目标关节；根据所述旋转矩阵、所述位置向量、所述第一连杆的角速度、所述目标关节的关节轨迹参数和所述关节方向向量，获得所述目标连杆的角速度、角加速度和所述目标连杆坐标系原点的线加速度；
根据所述目标连杆的角加速度、所述目标连杆的质心位置向量、所述目标连杆的坐标系原点的线加速度、和所述目标连杆的连杆质量，获得所述目标连杆质心处的惯性力；
根据所述目标连杆质心的惯量矩阵、所述目标连杆的角速度、和所述目标连杆的角加速度，获得所述目标连杆质心处的惯性力矩；
驱动所述目标连杆的电机为目标电机；根据所述目标电机的减速比参数、所述目标关节的关节轨迹参数、驱动所述第一连杆的关节的关节轨迹参数、关节方向向量、和所述目标电机所在的连杆的角速度，获得目标电机的电机转子的角加速度；
根据所述旋转矩阵、第二连杆的所受到的矢量力、和所述目标连杆的惯性力，获得驱动所述目标连杆关节受到的力；所述第二连杆为与所述目标连杆连接的连杆，所述第二连杆相较于所述目标连杆更远离所述机械臂的基座；
根据所述安装位置参数，确定设置于所述目标连杆的电机驱动的各个第三连杆；
针对各个所述第三连杆，根据驱动所述第三连杆的电机转子的转动惯量、驱动所述第三连杆的关节的关节轨迹参数、关节的方向向量、驱动所述第三连杆的电机的总减速比、和所述第三连杆的角速度，获得各个第三连杆叠加在目标连杆的目标连杆力矩附加值；
根据所述目标连杆的惯性力矩、所述目标连杆的惯性力、所述目标连杆的质心位置向量、所述第二连杆相对于所述目标连杆的旋转矩阵、所述第二连杆的关节力矩、所述第二连杆相对于所述目标连杆的位置向量、驱动所述第二连杆的关节受到的力、和所述目标连杆力矩附加值，获得所述目标连杆的质心上的关节力矩；
根据所述目标连杆的质心上的关节力矩和所述关节的方向向量，获得所述目标连杆的关节力矩；
根据所述目标电机的电机转子的转动惯量、所述目标电机的转子的角加速度、和所述关节方向向量，获得所述目标电机的惯量力矩；
根据所述目标连杆的关节处受到的力矩和所述电机的惯量力矩，获得所述电机驱动所述目标连杆所需的电机力矩。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关节轨迹参数集包括用于驱动连杆的各个关节的角速度和角加速度；所述减速比参数包括总减速比、一级减速比和二级减速比；
根据所述目标电机的减速比参数、所述目标关节的关节轨迹参数、驱动所述第一连杆的关节的关节轨迹参数、关节方向向量、和所述目标电机所在的连杆的角速度，获得目标电机的电机转子的角加速度，包括：
若所述目标电机的二级减速比不为0，则根据所述目标电机的总减速比、所述目标电机的二级减速比、所述目标关节的角速度、驱动所述第一连杆的关节的角速度、目标关节的角加速度和驱动所述第一连杆的关节的角加速度、关节方向向量、和所述目标电机所在的连杆的角速度，获得所述目标电机的电机转子的角加速度；
若所述目标电机的二级减速比为0，则根据所述目标电机的总减速比、所述目标关节的角速度、所述目标关节的角加速度、驱动所述第一连杆的关节的角速度、和关节方向向量，获得所述目标电机的电机转子的角加速度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关节轨迹参数集包括用于驱动连杆的各个关节的角速度和角加速度；
针对设置于所述目标连杆的电机驱动的各个第三连杆，根据驱动所述第三连杆的电机转子的转动惯量、驱动所述第三连杆的关节的关节轨迹参数、关节的方向向量、和驱动所述第三连杆的电机的总减速比和第三连杆的角速度，获得各个第三连杆叠加在目标连杆的目标连杆力矩附加值，包括：
通过公式计算各个所述第三连杆的力矩附加值nmj；
将各个所述第三连杆的力矩附加值nmj相加，获得所述目标连杆的力矩附加值；
其中，Imj为驱动所述第三连杆的电机转子的转动惯量，z'为关节的方向向量，wj为所述第三连杆的角速度，为驱动所述第三连杆的关节的角速度，/>为驱动所述第三连杆的关节的角加速度，gj为驱动所述第三连杆的电机的总减速比。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述目标连杆的惯性力矩、所述目标连杆的惯性力、所述目标连杆的质心位置、所述第二连杆相对于所述目标连杆的旋转矩阵、所述第二连杆的关节力矩、所述第二连杆相对于所述目标连杆的位置向量、驱动所述第二连杆的关节受到的力、和所述目标连杆力矩附加值，获得所述目标连杆的质心上的关节力矩，包括：
通过公式获得所述目标连杆的质心上的关节力矩/>
其中，iNi为所述目标连杆的惯性力矩，iFi为所述目标连杆的惯性力，为所述目标连杆的质心位置，/>为所述第二连杆相对于所述目标连杆的旋转矩阵，/>为所述目标连杆的第二连杆的关节力矩，/>为所述第二连杆相对于所述目标连杆的位置向量，fi+1为驱动所述第二连杆的关节受到的力，/>为所述目标连杆的力矩附加值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述仿真方法，还包括：
针对关节轨迹参数序列中每个时间点对应的关节轨迹参数集，执行获取机械臂的各个连杆对应的运动学参数集、关节轨迹参数集和动力学参数集，根据所述运动学参数集、所述关节轨迹参数和所述动力学参数集，获得各个被驱动连杆对应的关节力矩和电机力矩的步骤，获得关节力矩序列和电机力矩序列。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述仿真方法，还包括：
针对关节轨迹参数序列中每个时间点对应的关节轨迹参数所述减速比参数获得电机转速序列；
根据关节轨迹参数序列的角速度序列，和所述关节力矩序列获得同步带瞬时功率序列；
根据所述电机力矩序列和所述电机转速序列，绘制电机需求性能曲线；
根据同步带的瞬时功率序列和电机转速参数序列，获得同步带需求性能曲线。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述权利要求1至6任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的方法。
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