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多自由度球型超声波电机是近几十年来发展起来的一种新型电机,它的工作原理和结构与传统的电磁型电机不同,它不需要磁铁和线圈。它是利用压电陶瓷的逆压电效应,把电能转换成弹性体的超声波振动(机械能),把弹性体的微观变形经过共振放大,将两种以上的超声波振动模式按照一定的方式组合,在定子表面产生三个正交的椭圆运动,通过摩擦耦合作用转化成转子的宏观的旋转运动。其显著优点是低转速、大力矩、响应速度快、体积重量小、结构简单以及驱动性能好并且具有断电自锁等功能。它以独特的工作原理和运动方式在生物医学领域、智能结构、微型机械、机器人方面、日用家电以及航空航天等领域应用广阔并倍受关注。单振子球型超声波电机由一个振子和一个球转子组成,能够实现三个自由度的旋转运动,具有驱动简单、可控性能好等优点,便于实际应用。本文在阅读和分析了大量国内外有关参考文献的基础上,做了以下研究工作: 从形成椭圆轨迹的激励方法及振子与转子间摩擦传动的角度,分析了单振子球型超声波电机的运动机理,为研制该类电机提供理论基础。 设计了一种纵弯振动模态的单振子,建立了有限元模型,利用软件分析了振子各尺寸参数对特征频率的影响,采用有限元瞬态运动分析方法,对驱动足质点椭圆轨迹进行了研究,验证了椭圆轨迹的存在。 研制了一种单振子球型超声波电机,并进行了实验与测试,验证了理论分析结果的正确性和可控性。