本發(fā)明涉及一種無人機用一體式電動舵機，屬于無人機舵面控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
隨著無人機的飛速發(fā)展，為滿足無人機日益提高的可靠性、輕質(zhì)化等技術(shù)要求，對作為無人機重要組成部分的電動舵機提出了更高的要求。電動舵機作為無人機控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，是無人機的關(guān)鍵執(zhí)行部件之一，主要用來控制無人機的舵面角度，以調(diào)整無人機的偏轉(zhuǎn)、俯仰、翻滾等姿態(tài)，其工作性能和可靠性直接影響無人機飛行姿態(tài)的控制精度和工作可靠性。國內(nèi)外針對無人機舵機系統(tǒng)也做了大量的研究。Futaba公司和Dynamixel的系列舵機能夠提供各種小功率舵機。國內(nèi)，北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)以及相關(guān)科研院所等單位開展了無人機用電動舵機的研究。目前的無人機用電動舵機多為以直流有刷電機作為動力源、小扭矩型舵機，不能滿足逐漸提高的扭矩和可靠性的要求。針對無人機使用環(huán)境復(fù)雜，且要求具有快速的響應(yīng)速度，需要進行小型化、輕質(zhì)化、高可靠性設(shè)計。傳統(tǒng)無人機用電動舵機采用直流有刷電機作為動力源，多級小齒輪作為傳動減速機構(gòu)，存在承載力矩小、壽命周期短、環(huán)境適應(yīng)性差、控制精度差(為0.15°～0.2°之間)等缺點，不能滿足快速性和高可靠性的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種高可靠、高響應(yīng)速度、高精度的無人機用電動舵機，實現(xiàn)無人機偏轉(zhuǎn)、俯仰、翻滾等姿態(tài)的精確調(diào)整。該電動舵機可以實現(xiàn)無人機姿態(tài)的快速調(diào)整，并滿足長時間工作、高響應(yīng)速度、高密封性的要求。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種無人機用一體式電動舵機，包括：舵機和控制驅(qū)動器，舵機包括殼體(1)、輸出搖臂(2)、上蓋板(3)、后蓋板(4)、前蓋板(5)、直流無刷電機(8)、行星減速器(9)、角位移傳感器卡箍(10)、中空式角位移傳感器(11)、電連接器(12)；控制驅(qū)動器包括：控制板(6)、驅(qū)動板(7)；將直流無刷電機(8)、行星減速器(9)、中空式角位移傳感器(11)依次連接，形成串聯(lián)式布局，安裝在舵機殼體(1)的中間；行星減速器(9)固定在舵機殼體(1)上，直流無刷電機(8)安裝在行星減速器(9)上；中空式角位移傳感器(11)的轉(zhuǎn)子固定在行星減速器(9)的輸出軸上，中空式角位移傳感器(11)的定子通過卡箍(10)、螺釘(17)固定在舵機殼體(1)上，輸出搖臂(2)的一端也固定在行星減速器(9)的輸出軸上；控制板和驅(qū)動板固定安裝在舵機殼體(1)內(nèi)部的兩側(cè)；電連接器(12)與控制板和驅(qū)動板連接；直流無刷電機(8)和驅(qū)動板(7)通過導(dǎo)線相連；中空式角位移傳感器(11)通過導(dǎo)線和控制板(6)相連；控制板(6)和驅(qū)動板(7)通過導(dǎo)線連接；控制板(6)接收從電連接器(12)輸入的方波形式的角度指令，該方波形式的角度指令控制輸出搖臂擺動角度，從方波形式的角度指令解算出方波形式的角度指令的周期，與方波形式的角度指令的理論周期進行比較，得到方波形式的角度指令的周期補償值A(chǔ)1；控制板(6)接收從電連接器(12)輸入的方波形式的零位角度指令，該方波形式的零位角度指令控制輸出搖臂擺動的零位角度，從方波形式的零位角度指令解算出代表零位角度指令的時間，與代表零位角度指令的理論時間進行比較，得到方波形式的零位角度指令的補償值A(chǔ)2；將方波形式的角度指令的周期補償值A(chǔ)1和方波形式的零位角度指令的補償值A(chǔ)2相加，得到總的角度指令補償值A(chǔ)，將總的角度指令補償值A(chǔ)補償代表方波形式的任意角度指令的時間，完成指令角度補償；將補償后的代表方波形式的任意角度指令的時間解算為實際的角度指令θ；中空式角位移傳感器(11)在工作中輸出角度信息，反饋給控制板(6)，控制板(6)將解算出的實際角度指令θ和中空式角位移傳感器(11)反饋的輸出角度信息進行比較，得到產(chǎn)生的角度誤差，根據(jù)該角度誤差得到中間控制量U1；將該中間控制量U1和設(shè)定的PWM周期值的比作為PWM占空比，設(shè)置限流標(biāo)志，限流標(biāo)志位為0表示不改變PWM占空比；限流標(biāo)志位為1表示將PWM占空比置為0；對限流標(biāo)志位進行判斷，若限流標(biāo)志位為1，將PWM占空比置為0，輸出給驅(qū)動板(7)；若限流標(biāo)志位為0，將該PWM占空比直接輸出給驅(qū)動板(7)，驅(qū)動板(7)根據(jù)PWM占空比，輸出直流無刷電機(8)的供電電壓，帶動直流無刷電機(8)轉(zhuǎn)動，直流無刷電機(8)的輸出軸與行星減速器(9)的太陽輪(14)固定連接，太陽輪(14)通過與行星減速器(9)嚙合，直流無刷電機(8)通過自身的輸出軸輸出的力矩和速度，經(jīng)過行星減速器(9)的太陽輪(14)傳遞給行星減速器(9)后，根據(jù)行星減速器(9)的減速比，進行力矩和速度轉(zhuǎn)換后，送至輸出搖臂(2)，帶動輸出搖臂(2)擺動，實現(xiàn)位置閉環(huán)控制；限位螺釘(16)將前蓋板(5)與殼體(1)固定連接，且對輸出搖臂(2)起到機械限位的作用；上蓋板(3)、后蓋板(4)、前蓋板(5)和殼體(1)組成密閉的中空腔體；所述用總的角度指令補償值補償代表方波形式的任意角度指令的時間后解算出的實際角度指令θ，控制板(6)對解算出的實際角度θ根據(jù)設(shè)定的輸出搖臂的擺動角度范圍進行限幅判斷，如果該解算出的實際角度θ超出設(shè)定的輸出搖臂的擺動角度范圍，舍棄該解算出的實際角度θ，保持輸出搖臂的目前狀態(tài)；如果該解算出的實際角度θ在設(shè)定的輸出搖臂的擺動角度范圍，輸出搖臂根據(jù)解算出的實際角度θ進行擺動。所述中間控制量U1,公式如下：U1＝U0+kp*e1+kd*(e1-e0)(3)式中，U1為本次的中間控制量；U0為前一次的中間控制量，在初始化時等于0；kp為比例系數(shù)；kd為微分系數(shù)；e1為本次角度誤差，單位：度；e0為前一次的角度誤差，單位：度；所述kp的取值范圍為60～100。kd的取值范圍為80～140；所述電連接器(12)對控制板(6)和驅(qū)動板(7)進行供電，控制板(6)連續(xù)采集N次供電電流感應(yīng)出的電壓信號，采集時間周期為1ms～2ms，再根據(jù)感應(yīng)出的電壓信號還原出供電電流，將該供電電流與設(shè)定的電流限流值比較，該電流限流值為電動舵機的正常工作電流值的最大值，如果供電電流小于設(shè)定的電流限流值，置限流標(biāo)志位為0；如果供電電流大于等于設(shè)定的電流限流值，置限流標(biāo)志位為1，直至供電電流小于設(shè)定的電流限流值，所述驅(qū)動板(7)上設(shè)置有二級硬件限流電路，該硬件限流電路實時采集供電電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，將該電壓信號與設(shè)定的電壓值比較，如果該電壓信號大于等于設(shè)定的電壓值，驅(qū)動板(7)將無刷電機(8)的供電電壓置為0。設(shè)定的電壓值為4.0V。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果為：(1)本發(fā)明將舵機本體結(jié)構(gòu)居中、控制板、驅(qū)動板兩側(cè)對稱布局，有效利用電動舵機的空間，利于進行一體式集成化設(shè)計；舵機與控制驅(qū)動器進行集成設(shè)計，解決了舵機、控制驅(qū)動器具有單獨殼體時帶來的重量增加和安裝問題，有利于進行輕質(zhì)化設(shè)計，該電動舵機重量僅為500g，重量比單獨殼體減小了20％左右；額定輸出力矩≥6Nm，最大輸出力矩可達10Nm，解決了在同類結(jié)構(gòu)尺寸、重量下，大輸出力矩的要求；(2)本發(fā)明使用直流無刷電機作為動力源，代替直流有刷電機，解決了直流有刷電機換向器電刷磨損壽命低的問題，可以滿足連續(xù)長時間工作的要求，提高了電動舵機的壽命和可靠性；(3)本發(fā)明按照無刷電機→行星減速器→中空式角位移傳感器→輸出搖臂的安裝順序串聯(lián)布局，解決了平行布置角位移傳感器帶來的齒輪傳動誤差問題，提高了反饋精度；同時解決了角位移傳感器安裝在輸出搖臂之后，導(dǎo)致輸出搖臂在行星減速器和角位移傳感器中間，輸出搖臂來回擺動帶來密封難的問題。該方式有效節(jié)省空間，使結(jié)構(gòu)緊湊，在提高角度反饋精度的基礎(chǔ)上，利于對電動舵機整體結(jié)構(gòu)進行密封設(shè)計，提高電動舵機的密封性，實現(xiàn)防水防塵的效果；(4)本發(fā)明的電動舵機結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞間隙小，具有很高的響應(yīng)速度，角速度可達300°/s，比目前常見的電動舵機150°/s～200°/s角速度指標(biāo)提高了近50％，可以實現(xiàn)無人機姿態(tài)的快速調(diào)節(jié)，達到實時、高精度控制的目的；(5)本發(fā)明通過兩級限流的控制策略，實現(xiàn)階梯式限流，在兩級限流方式的保護下，提高控制驅(qū)動器的驅(qū)動能力，并保護電動舵機及無人機的安全；(6)本發(fā)明采用角度限幅濾波+指令補償?shù)目刂撇呗?，角度限幅濾波濾除外部干擾的信號，將超出正確角度指令的偽指令剔除，對接收的角度指令進行限幅使電動舵機在允許的角度范圍內(nèi)運動，有效保護電動舵機和無人機的安全；指令補償?shù)目刂撇呗钥梢杂行岣卟杉讲ㄊ浇嵌戎噶畹木?，提高電動舵機的位置控制精度，以提高無人機的姿態(tài)精度，精度可達0.1°。(7)本發(fā)明實現(xiàn)了直流無刷電機、行星減速器、中空式角位移傳感器串聯(lián)布局，結(jié)構(gòu)緊湊；結(jié)構(gòu)上采用密封性設(shè)計，保證了電動舵機能夠適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境條件；在控制策略上選用兩級限流策略、角度限幅濾波+指令補償?shù)目刂撇呗裕岣吡穗妱佣鏅C的可靠性和控制精度。附圖說明圖1本發(fā)明的無人機用一體式電動舵機外觀示意圖；圖2本發(fā)明的無人機用一體式電動舵機組成示意圖；圖3本發(fā)明的無人機用殼體密封結(jié)構(gòu)示意圖；圖4本發(fā)明的無人機用殼體截面示意圖；圖5本發(fā)明的方波式角度指令格式示意圖；圖6本發(fā)明的角度限幅濾波+指令補償?shù)目刂屏鞒虉D；圖7本發(fā)明的理論供電電壓波形圖；圖8本發(fā)明的兩級限流控制策略流程圖。具體實施方式本發(fā)明的基本思路為：本發(fā)明的電動舵機包含舵機和控制驅(qū)動器兩大部分，舵機和控制驅(qū)動器進行一體式集成設(shè)計。舵機由一臺直流無刷電機、行星減速器、中空式角位移傳感器、輸出搖臂等組成；控制驅(qū)動器由控制板、驅(qū)動板組成，結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。具體應(yīng)用在無人機舵面控制領(lǐng)域，采用直流無刷電機作為動力源，將直流無刷電機、行星減速器、中空式角位移傳感器串聯(lián)連接的方案，使舵機結(jié)構(gòu)緊湊，減小其空間尺寸，并提高其工作壽命和可靠性；舵機殼體采用密封式結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有較強的防塵防水能力，能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。控制驅(qū)動器采用位置+兩級限流的控制策略，限流環(huán)主要用來限制異常情況下系統(tǒng)出現(xiàn)過大的電流，保護電動舵機及無人機的安全。針對方波式位置角度指令，采用捕獲中斷的方式實現(xiàn)角度指令實時采集，并采用角度限幅濾波+指令補償?shù)目刂撇呗蕴岣卟杉嵌戎噶畹木龋梢源蠓岣邿o人機飛行姿態(tài)的精度，精度可達0.1°。電動舵機工作時，控制板6接收無人機控制系統(tǒng)發(fā)送的指令，經(jīng)過內(nèi)部控制算法運算后，得出PWM占空比和方向信號輸送給驅(qū)動板7，驅(qū)動板7經(jīng)過邏輯運算控制直流無刷電機8運動，直流無刷電機8的輸出軸與行星減速器9的太陽輪14固連，經(jīng)行星減速器9進行力矩和速度轉(zhuǎn)換后帶動輸出搖臂2運動，從而驅(qū)動無人機相應(yīng)舵面的運動，達到控制無人機姿態(tài)的目的?？刂乞?qū)動器采用位置+兩級限流的控制策略，限流環(huán)主要用來限制異常情況下系統(tǒng)出現(xiàn)過大的電流，保護電動舵機及無人機的安全。針對方波式位置角度指令，采用捕獲中斷的方式實現(xiàn)角度指令的實時采集，并采用角度限幅濾波+指令補償?shù)目刂撇呗蕴岣卟杉嵌戎噶畹木?，從而保證電動舵機的控制精度，達到精確無人機姿態(tài)的目的。下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述。如圖1、圖2、圖4所示，電動舵機主要包括舵機和控制驅(qū)動器，舵機包括殼體1、輸出搖臂2、上蓋板3、后蓋板4、前蓋板5、直流無刷電機8、行星減速器9、角位移傳感器卡箍10、中空式角位移傳感器11、電連接器12；控制驅(qū)動器包括：控制板6、驅(qū)動板7。如圖2中所示，將直流無刷電機8、行星減速器9、中空式角位移傳感器11依次連接，形成串聯(lián)式布局，安裝在舵機殼體1的中間；行星減速器9固定在舵機殼體1上，直流無刷電機8安裝在行星減速器9上；中空式角位移傳感器11的轉(zhuǎn)子固定在行星減速器9的輸出軸上，中空式角位移傳感器11的定子通過卡箍10、螺釘17固定在舵機殼體1上，輸出搖臂2的一端也固定在行星減速器9的輸出軸上。行星減速器9的輸出軸的伸出長度達38mm，為了避免施加在輸出搖臂2上的力使行星減速器9的輸出軸發(fā)生彎曲變形，影響輸出搖臂2擺動角度的精度，如圖3所示，用深溝球軸承19對行星減速器9的輸出軸進行支承。如圖2所示，控制板6和驅(qū)動板7固定安裝在舵機殼體1內(nèi)部的兩側(cè)；電連接器12與控制板6和驅(qū)動板9連接；直流無刷電機8和驅(qū)動板7通過導(dǎo)線相連；中空式角位移傳感器11通過導(dǎo)線和控制板6相連；控制板6和驅(qū)動板7通過導(dǎo)線連接。將舵機本體結(jié)構(gòu)居中、控制板6、驅(qū)動板7兩側(cè)對稱布局，有效利用電動舵機的空間，利于進行一體式集成化設(shè)計；舵機與控制驅(qū)動器進行集成設(shè)計，解決了舵機、控制驅(qū)動器具有單獨殼體時帶來的重量增加和安裝問題，有利于進行輕質(zhì)化設(shè)計，該電動舵機重量僅為500g，重量比單獨殼體減小了20％左右；額定輸出力矩≥6Nm，最大輸出力矩可達10Nm，解決了在同類結(jié)構(gòu)尺寸、重量下，大輸出力矩的要求，滿足無人機對電動舵機輕質(zhì)化的要求和大力矩的需求，可以顯著提升無人機的整體性能。控制板6接收從電連接器12輸入的方波形式的角度指令，角度指令格式如圖5所示。該方波形式的角度指令控制輸出搖臂擺動角度，從方波形式的角度指令解算出方波指令的周期，與方波形式角度指令的理論周期進行比較，得到方波形式的角度指令的周期補償值A(chǔ)1，具體解算過程如下：如圖5所示，其中t為方波形式角度指令的理論周期，以△t為時間間隔，進行計數(shù)，標(biāo)記兩相鄰上升沿以△t為時間間隔的所計的總數(shù)n，解算出的方波指令周期t’＝△t*n。按照下式計算方波形式的角度指令的周期補償值A(chǔ)1：式中，t1’指解算出的代表任意角度指令的時間，具體解算方式見下文中解算任意角度指令的過程，單位：ms。對式(1)進行舉例說明：方波形式角度指令的理論周期t為20ms；△t時間間隔為0.0002ms；以△t為時間間隔的所計的總數(shù)n為99995；解算出的方波指令周期t’＝0.0003*59990ms＝19.999ms；t1’指解算出的代表任意角度指令的時間為1.8976ms；計算計算方波形式的角度指令的周期補償值A(chǔ)1：控制板6接收從電連接器12輸入的方波形式的零位角度指令，該方波形式的零位角度指令控制輸出搖臂擺動的零位角度，從方波形式的零位角度指令解算出代表零位角度指令的時間，與代表零位角度指令的理論時間進行比較，得到方波形式的零位角度指令的補償值A(chǔ)2，具體解算過程如下：在標(biāo)定零位角度指令補償值時，按照圖5中的指令格式，發(fā)送零位角度指令θ0，以△t為時間間隔，進行計數(shù)，計上升沿與緊隨其后下降沿以△t為時間間隔的總數(shù)n0，解算出代表零位角度指令的時間t0’＝△t*n0。將解算出代表零位角度指令的時間與代表理論零位角度指令的時間t0比較，得出零位角度指令的補償值A(chǔ)2＝t0-t0’。舉例說明如下：代表理論零位角度指令的時間t0為1.5ms；時間間隔△t為0.0002ms；計上升沿與緊隨其后下降沿以△t為時間間隔的總數(shù)n0為7490；解算出代表零位角度指令的時間t0’＝△t*n0＝0.0002*7490ms＝1.498ms；零位角度指令的補償值A(chǔ)2＝t0-t0’＝(1.5-1.498)ms＝0.002ms。將方波形式的角度指令的周期補償值A(chǔ)1和方波形式的零位角度指令的補償值A(chǔ)2相加，得到總的角度指令補償值A(chǔ)＝A1+A2。將總的角度指令補償值A(chǔ)補償?shù)捷斎氲姆讲ㄐ问降慕嵌戎噶罱馑愠龅慕嵌戎?，完成指令角度補償，具體過程如下：當(dāng)發(fā)送方波形式的任意角度指令時，以△t為時間間隔，進行計數(shù)，計上升沿與緊隨其后下降沿以△t為時間間隔的總數(shù)n1。解算出代表角度指令的時間t1’＝△t*n1。將角度補償值補償?shù)浇馑愠龅拇斫嵌戎噶畹臅r間得到代表實際任意角度指令的時間：t1＝t1’+A。舉例說明如下：當(dāng)發(fā)送方波形式的任意角度指令為40°時，時間間隔△t為0.0002ms；計上升沿與緊隨其后下降沿以△t為時間間隔的總數(shù)n1為9488，解算出代表角度指令的時間t1’＝△t*n1＝0.0002*9488ms＝1.8976ms，計算得到t1＝t1’+A＝(1.8976+0.00209488)ms＝1.89969488ms。按照如下公式計算實際的角度指令θ：式中，θ指實際的角度指令，單位度；t1指角度指令補償?shù)浇馑愠龃砣我饨嵌戎噶詈蟮臅r間值，單位ms；t0指代表理論零位角度指令的時間，單位ms；tmax指正向角度最大值對應(yīng)的理論時間值，單位ms；tmin指負向角度值對應(yīng)的理論時間值，單位ms間；θmax指正向最大角度值，單位度；θmin指負向最大角度值，單位度。舉例說明如下：式(2)中角度指令補償?shù)浇馑愠龃砣我饨嵌戎噶詈蟮臅r間值t1為1.89969488ms；代表理論零位角度指令的時間t0為1.5ms；正向角度最大值對應(yīng)的理論時間值tmax為2.0ms；負向角度值對應(yīng)的理論時間值tmin為1.0ms；正向最大角度值θmax為+50°；負向最大角度值θmin為-50°進行計算：控制板(6)對該補償后的角度值根據(jù)設(shè)定的輸出搖臂的擺動角度范圍進行限幅判斷，如果該補償后的角度指令值超出設(shè)定的輸出搖臂的擺動角度范圍，舍棄該補償后的角度指令值，保持輸出搖臂的目前狀態(tài)；如果該補償后的角度值在設(shè)定的輸出搖臂的擺動角度范圍，輸出搖臂根據(jù)補償后的角度指令值進行擺動。如圖6所示，為角度限幅濾波+指令補償?shù)目刂撇呗粤鞒虉D，角度限幅濾波，將超出正確角度指令的偽指令剔除，防止電動舵機運動到極限位位置，損壞電動舵機和無人機；角度指令補償從兩方面進行考慮，一是方波指令的周期補償，以校正無人機控制系統(tǒng)與電動舵機控制驅(qū)動器之間的時鐘基準(zhǔn)差，二是在捕獲方波形式角度指令的上升沿和下降沿時帶來的采集誤差補償，以零位角度指令為基準(zhǔn)進行校正，計算出零位補償值進行校正，綜合指令的周期補償和角度采集誤差補償，與采集到的任意角度指令進行疊加，參與位置閉環(huán)控制。綜合上述控制策略，可以提高方波式角度指令的采集精度，采集精度為0.03°，采集精度提高10％～20％。中空式角位移傳感器11在工作中輸出角度信息，反饋給控制板6，控制板6將補償后的方波形式的角度指令解算出的實際角度指令值和中空式角位移傳感器11反饋的輸出角度信息進行比較，得到產(chǎn)生的角度誤差，根據(jù)該角度誤差得到中間控制量U1，公式如下：U1＝U0+kp*e1+kd*(e1-e0)(3)式中，U1為本次的中間控制量；U0為前一次的中間控制量，在初始化時等于0；kp為比例系數(shù)，優(yōu)選的取值范圍為60～100，進一步優(yōu)選方案為80；kd為微分系數(shù)，優(yōu)選的取值范圍為80～140，進一步優(yōu)選方案為120；e1為本次角度誤差，單位：度；e0為前一次的角度誤差，單位：度；U1、U0、e1、e0初始化值為0。上式中，kp選取80，kd選取120時，此時電動舵機在滿足響應(yīng)速度、控制超調(diào)量情況下，穩(wěn)態(tài)精度達到最小。將該中間控制量U1和設(shè)定的PWM周期值的比作為PWM占空比，在本系統(tǒng)中PWM周期值為327.6，對應(yīng)PWM的頻率為15.24KHz，經(jīng)試驗對比在該頻率時，電動舵機的工作效率高、運行平穩(wěn)、噪音小。在控制板6工作過程中，對限流標(biāo)志位進行判斷，若限流標(biāo)志位為1，將PWM占空比置為0，輸出給驅(qū)動板7；若限流標(biāo)志位為0，將上面計算出的PWM占空比直接輸出給驅(qū)動板7，驅(qū)動板7根據(jù)PWM占空比，輸出直流無刷電機8的供電電壓(理論供電電壓波形如圖7所示，PWM占空比范圍為0～96％)，帶動直流無刷電機8轉(zhuǎn)動，直流無刷電機8的輸出軸與行星減速器9的太陽輪固定連接，太陽輪14通過與行星減速器9嚙合，直流無刷電機8通過輸出軸輸出的力矩和速度，經(jīng)過行星減速器9的太陽輪14傳遞給行星減速器9后，根據(jù)行星減速器9的減速比，進行力矩和速度轉(zhuǎn)換后，送至輸出搖臂2，帶動輸出搖臂2擺動，實現(xiàn)位置閉環(huán)控制；限位螺釘16將前蓋板5與殼體1固定連接，且對輸出搖臂2起到機械限位的作用。如圖3所示，上蓋板3、后蓋板4、前蓋板5和殼體1組成密閉的中空腔體，并在接合處設(shè)計密封槽13，用密封墊進行填充，保證各部分蓋板與殼體緊密配。在行星減速器9的輸出軸和殼體1之間通過O型圈15起到密封作用，以適應(yīng)無人機復(fù)雜的飛行環(huán)境。電連接器12對控制板6和驅(qū)動板7進行供電，控制板6連續(xù)采集N次供電電流感應(yīng)出的與電流成線性關(guān)系的電壓信號(主要原理為霍爾元件根據(jù)磁場感應(yīng)出線性電壓信號)，采集時間周期為1ms～2ms，推薦為1ms，該1ms時間周期包括控制板運行的最小時間0.7ms和按照設(shè)計原則預(yù)留的空閑時間約為0.3ms，設(shè)置為該周期可以提高對供電電流的采集頻率，保證采集的實時性?？刂瓢?根據(jù)感應(yīng)出的線性電壓信號還原出供電電流，將該供電電流與設(shè)定的電流限流值比較，該電流限流值為電動舵機的正常工作電流值的最大值，如果供電電流小于設(shè)定的電流限流值，置限流標(biāo)志位為0；如果供電電流大于等于設(shè)定的電流限流值，置限流標(biāo)志位為1，直至供電電流小于設(shè)定的電流限流值。設(shè)置限流標(biāo)志，限流標(biāo)志位為0表示不改變PWM占空比；限流標(biāo)志位為1表示將PWM占空比置為0。驅(qū)動板7上設(shè)置有二級硬件限流電路，該硬件限流電路實時采集由一個采樣電阻將代表供電電流信息的電流信號轉(zhuǎn)換成的電壓信號，該采樣電阻值范圍3.3KΩ～10KΩ，本系統(tǒng)中電阻值為5.1KΩ，可以保證該限流值高于一級限流值，而不超過電動舵機所能允許的最大極限電流；將采集到的電壓信號與設(shè)定的電壓值比較，設(shè)定的電壓值為4.0V(該電壓值接近5V控制電電壓，并有一定的余量，可以保證該電壓值在5V電壓有波動時，不受干擾，同時該電壓值設(shè)置的盡可能高，使測量的供電電流范圍變寬，測量精度高)，如果采集電壓信號大于等于設(shè)定的電壓值，驅(qū)動板7將直流無刷電機8的供電電壓置為0。如圖8所示，限流控制策略包括兩級限流，實現(xiàn)了對電動舵機及無人機的保護，一級限流策略主要由控制軟件實現(xiàn)，限流值比二級限流值低，限流響應(yīng)速度為ms級較二級限流速度慢，可以保證電動舵機完成正常工作所需的驅(qū)動能力；二級限流由硬件控制電路實現(xiàn)，響應(yīng)速度為us級，可以保證超過硬件限流值時，快速關(guān)斷供電電壓輸出，保護電動舵機及無人機的安全。本發(fā)明未詳細闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。