行波型球形超声电机定子的优化设计

郭 语，陆 庆，孙志峻，宋爱国

(1.东南大学 仪器科学与工程学院，江苏 南京 210096；2.金陵科技学院 机电工程学院，江苏 南京 211169；3.南京航空航天大学 机械结构动力学与控制国家重点实验室，江苏 南京 210016)

0 引言

球形超声电机是一种多自由度超声电机，因其具有响应快，定位精度高，断电自锁，抗干扰能力强及结构简单，易集成化等优点，受到越来越多的关注。它具有类似于球关节的结构形式，非常适合应用于机器人关节、人工眼球等领域，许多研究学者从不同结构形式、驱动控制机理和应用方式对其开展了相关研究。

球形超声电机的转子一般为球形，定子可采用不同的结构形式和激励方式。MASHIMO等[1]提出了一种3个环形行波定子共同夹持驱动1个球转子的球形超声电机，但尺寸和输出力矩较小。TING等[2]将一系列弯曲压电陶瓷沿半球形定子表面直线布置，通过在相邻压电陶瓷上施加适当的相位差分电压信号，在定子上产生行波并驱动球转子的多自由度运动。LU等[3]提出了一种三明治结构的多自由度球形超声电机，利用两个压电振子夹持1个球转子，利用定子激发出的5个振动模态使球转子具有3个转动自由度。赵淳生等[4]针对圆柱-球体多自由度超声电机的定子进行优化设计，保证定子的一阶纵振和二阶弯振的固有频率基本一致。张健滔等[5]提出了一种利用二阶面内振动模态工作的多自由度驻波超声电机，可实现球转子的3个转动自由度，但定、转子间的预压力仅通过球转子的自身重力提供，因此具有一定的应用局限性。……