超声电机作为一种全新的驱动器，它是利用压电材料的逆压电效应，将电能转化成超声频域的微观振动，进一步通过摩擦或声悬浮驱动转子作宏观转动的一种新型固态驱动器。超声波电机结构简单，响应速度快、低速时输出大转矩、断电自锁以及无磁场干扰等优点受到国内外的广泛关注，在许多领域中得到了实际应用，特别是在航空航天领域有着非常美好的应用前景。近期在机器人仿生运动关节等领域，较多的提出三自由度驱动器的需求，由于超声电机结构具有运动形式多样的特点，使其能够比较容易实现球形转子三自由度驱动。　　本文首先从夹心换能器驱动过程的工作原理出发，采用有限元参数化建模的分析方法，通过对换能器尺寸参数进行总体优化设计，从而找到驱动输出较好的振形，指出了换能器主动振形与被动弯振在顶端质点形成的椭圆轨迹，并对优化结果进行有限元分析，结果验证了优化方法得到的可行性和正确性。　　文中设计了一种四换能驱动的球型超声电机结构，采用了四个换能器对球形转子进行驱动，换能器两两相对的正交排列，该电机结构简单且输出转矩较大。对样机进行了实验分析与测试，分析了影响超声波电机运转的原因，并测试了无负载时样机的速度与频率、驱动电压的关系，验证了理论分析的正确性和可靠性。通过试验测试出电机的输出特性，最高转速为12r/min，最大输出转距可达0.45 N·m。