一種無(wú)人機(jī)用一體式電動(dòng)舵機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種無(wú)人機(jī)用一體式電動(dòng)艙機(jī)，屬于無(wú)人機(jī)艙面控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)人機(jī)的飛速發(fā)展，為滿足無(wú)人機(jī)日益提高的可靠性、輕質(zhì)化等技術(shù)要求，對(duì) 作為無(wú)人機(jī)重要組成部分的電動(dòng)艙機(jī)提出了更高的要求。電動(dòng)艙機(jī)作為無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)的 執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是無(wú)人機(jī)的關(guān)鍵執(zhí)行部件之一，主要用來(lái)控制無(wú)人機(jī)的艙面角度，W調(diào)整無(wú)人機(jī) 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(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)的控制精度和工 作可靠性。
[0003] 國(guó)內(nèi)外針對(duì)無(wú)人機(jī)艙機(jī)系統(tǒng)也做了大量的研究?；痶油a公司和Dynamixel的系列 艙機(jī)能夠提供各種小功率艙機(jī)。國(guó)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) W及相關(guān)科研院所等單位開(kāi)展了無(wú)人機(jī)用電動(dòng)艙機(jī)的研究。目前的無(wú)人機(jī)用電動(dòng)艙機(jī)多為 W直流有刷電機(jī)作為動(dòng)力源、小扭矩型艙機(jī)，不能滿足逐漸提高的扭矩和可靠性的要求。
[0004] 針對(duì)無(wú)人機(jī)使用環(huán)境復(fù)雜，且要求具有快速的響應(yīng)速度，需要進(jìn)行小型化、輕質(zhì) 化、高可靠性設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)用電動(dòng)艙機(jī)采用直流有刷電機(jī)作為動(dòng)力源，多級(jí)小齒輪作 為傳動(dòng)減速機(jī)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(diǎn)，不能滿足快速性和高可靠性的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)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(wú)人機(jī)用電動(dòng)艙機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)偏轉(zhuǎn)、俯仰、翻滾等姿態(tài)的精確調(diào)整。該電動(dòng)艙機(jī)可 W實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)姿態(tài)的快速調(diào)整，并滿足長(zhǎng)時(shí)間工作、高響應(yīng)速度、高密封性的要求。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種無(wú)人機(jī)用一體式電動(dòng)艙機(jī)，包括：艙機(jī)和控制驅(qū) 動(dòng)器，艙機(jī)包括殼體（1)、輸出搖臂（2)、上蓋板（3)、后蓋板（4)、前蓋板巧）、直流無(wú)刷電機(jī) (8) 、行星減速器巧）、角位移傳感器卡髓（10)、中空式角位移傳感器（11)、電連接器（12); 控制驅(qū)動(dòng)器包括：控制板化）、驅(qū)動(dòng)板（7);
[0007] 將直流無(wú)刷電機(jī)（8)、行星減速器巧）、中空式角位移傳感器（11)依次連接，形成 串聯(lián)式布局，安裝在艙機(jī)殼體（1)的中間；行星減速器巧）固定在艙機(jī)殼體（1)上，直流無(wú) 刷電機(jī)（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(guò)卡髓（10)、螺釘（17)固定在艙機(jī)殼 體（1)上，輸出搖臂（2)的一端也固定在行星減速器巧）的輸出軸上；
[0008] 控制板和驅(qū)動(dòng)板固定安裝在艙機(jī)殼體（1)內(nèi)部的兩側(cè)；電連接器（12)與控制板和 驅(qū)動(dòng)板連接；直流無(wú)刷電機(jī)（8)和驅(qū)動(dòng)板（7)通過(guò)導(dǎo)線相連；中空式角位移傳感器（11)通 過(guò)導(dǎo)線和控制板（6)相連；控制板（6)和驅(qū)動(dòng)板（7)通過(guò)導(dǎo)線連接；
[0009] 控制板（6)接收從電連接器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(dòng)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(jìn)行比較，得到方波形式的角度指令的周期補(bǔ)償值A(chǔ)1 ;
[0010] 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(dòng)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(shí)間，與代表零位角度指令的理論時(shí)間進(jìn)行比較，得到方波形式的零位角度指 令的補(bǔ)償值A(chǔ)2;
[0011] 將方波形式的角度指令的周期補(bǔ)償值A(chǔ)1和方波形式的零位角度指令的補(bǔ)償值A(chǔ)2 相加，得到總的角度指令補(bǔ)償值A(chǔ)，將總的角度指令補(bǔ)償值A(chǔ)補(bǔ)償代表方波形式的任意角度 指令的時(shí)間，完成指令角度補(bǔ)償；將補(bǔ)償后的代表方波形式的任意角度指令的時(shí)間解算為 實(shí)際的角度指令0 ;
[0012] 中空式角位移傳感器（11)在工作中輸出角度信息，反饋給控制板化），控制板化） 將解算出的實(shí)際角度指令0和中空式角位移傳感器（11)反饋的輸出角度信息進(jìn)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Ui;
[0013] 將該中間控制量Ui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 ;
[0014] 對(duì)限流標(biāo)志位進(jìn)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(dòng)板 (7);若限流標(biāo)志位為0,將該P(yáng)WM占空比直接輸出給驅(qū)動(dòng)板（7)，驅(qū)動(dòng)板（7)根據(jù)PWM占空 比，輸出直流無(wú)刷電機(jī)（8)的供電電壓，帶動(dòng)直流無(wú)刷電機(jī)（8)轉(zhuǎn)動(dòng)，直流無(wú)刷電機(jī)（8)的 輸出軸與行星減速器巧）的太陽(yáng)輪（14)固定連接，太陽(yáng)輪（14)通過(guò)與行星減速器（9)曬 合，直流無(wú)刷電機(jī)（8)通過(guò)自身的輸出軸輸出的力矩和速度，經(jīng)過(guò)行星減速器（9)的太陽(yáng)輪 (14)傳遞給行星減速器（9)后，根據(jù)行星減速器巧）的減速比，進(jìn)行力矩和速度轉(zhuǎn)換后，送 至輸出搖臂（2)，帶動(dòng)輸出搖臂（2)擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)控制；限位螺釘（16)將前蓋板巧） 與殼體（1)固定連接，且對(duì)輸出搖臂（2)起到機(jī)械限位的作用；
[001引上蓋板（3)、后蓋板（4)、前蓋板妨和殼體（1)組成密閉的中空腔體；
[0016] 所述用總的角度指令補(bǔ)償值補(bǔ)償代表方波形式的任意角度指令的時(shí)間后解算出 的實(shí)際角度指令0，控制板（6)對(duì)解算出的實(shí)際角度0根據(jù)設(shè)定的輸出搖臂的擺動(dòng)角度范 圍進(jìn)行限幅判斷，如果該解算出的實(shí)際角度0超出設(shè)定的輸出搖臂的擺動(dòng)角度范圍，舍棄 該解算出的實(shí)際角度9,保持輸出搖臂的目前狀態(tài)；
[0017] 如果該解算出的實(shí)際角度0在設(shè)定的輸出搖臂的擺動(dòng)角度范圍，輸出搖臂根據(jù) 解算出的實(shí)際角度0進(jìn)行擺動(dòng)。 陽(yáng)〇1引所述中間控制量Ui,公式如下：
[0019] U1 =U0+kp*el+kd* (el-eO) (3)
[0020] 式中，U1為本次的中間控制量； 陽(yáng)02U U0為前一次的中間控制量，在初始化時(shí)等于0 ; 陽(yáng)0巧 kp為比例系數(shù)； 陽(yáng)〇2引 kd為微分系數(shù)；
[0024] el為本次角度誤差，單位：度；
[00巧]eO為前一次的角度誤差，單位：度；
[0026] 所述kp的取值范圍為60~100。
[0027] kd的取值范圍為80~140 ;
[002引所述電連接器（12)對(duì)控制板（6)和驅(qū)動(dòng)板（7)進(jìn)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(hào)，采集時(shí)間周期為1ms~2ms，再根據(jù)感應(yīng)出的電壓信號(hào)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(dòng)艙機(jī)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，
[0029] 所述驅(qū)動(dòng)板（7)上設(shè)置有二級(jí)硬件限流電路，該硬件限流電路實(shí)時(shí)采集供電電流 轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，將該電壓信號(hào)與設(shè)定的電壓值比較，如果該電壓信號(hào)大于等于設(shè)定的電 壓值，驅(qū)動(dòng)板（7)將無(wú)刷電機(jī)（8)的供電電壓置為0。設(shè)定的電壓值為4. 0V。
[0030] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果為：
[00川 （1)本發(fā)明將艙機(jī)本體結(jié)構(gòu)居中、控制板、驅(qū)動(dòng)板兩側(cè)對(duì)稱布局，有效利用電動(dòng)艙 機(jī)的空間，利于進(jìn)行一體式集成化設(shè)計(jì)；艙機(jī)與控制驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，解決了艙機(jī)、控 制驅(qū)動(dòng)器具有單獨(dú)殼體時(shí)帶來(lái)的重量增加和安裝問(wèn)題，有利于進(jìn)行輕質(zhì)化設(shè)計(jì)，該電動(dòng)艙 機(jī)重量?jī)H為500g，重量比單獨(dú)殼體減小了 20 %左右；額定輸出力矩> 6Nm，最大輸出力矩可 達(dá)lONm，解決了在同類結(jié)構(gòu)尺寸、重量下，大輸出力矩的要求； 陽(yáng)0巧