[实用新型]一种球铰式多自由度行波型超声波球电机

说明书

本实用新型公开了一种球铰式多自由度行波型超声波球电机。包括内置球铰模块和外置自锁模块；球形转子顶部开设凹槽，球形转子底部中心开设有轴向通孔，球铰杆球体结构嵌装在球形转子的半球槽中，球形转子的凹槽中固定安装上顶盖并包覆球铰杆，球铰杆下端向下穿过球形转子轴向通孔后固定连接于底座；球铰杆顶端开设有盲孔，上顶盖开设贯通孔；输出杆底面开设安装孔并装锁死电机，锁死电机和自锁螺杆上端轴向活动连接，自锁螺杆上端螺纹套装在内衬套孔中，自锁螺杆下端穿过上顶盖贯通孔后插装到球铰杆球体结构顶端。本实用新型设有内置球铰模块可固定电机转子球心，球电机结构巧妙、模型简单，具有轴向强度高、自锁力矩大及方便控制等优点。

技术领域

本实用新型涉及了一种超声波电机，尤其涉及了一种高强度小位移球铰式多自由度行波型超声波球电机。

背景技术

超声波电机利用压电材料的逆压电效应，将弹性材料的微观变形通过共振转换为动子的宏观运动，具有低速大力矩、断电自锁、响应快、分辨率高、功率密度高、无电磁干扰、结构紧凑、可直接驱动和运动实现多样化等特点，可在小功率(小于100W)应用场合下替代部分电磁型电机，具有广阔的应用前景。随着工业界对多自由度运动需求的增长，传统电磁型电机的劣势逐步显现。电磁型电机实现多自由度运动，所需结构普遍较复杂，难于制造和实施控制。相比电磁型电机，这种电机具有结构紧凑易装配、机械集成度高、驱动便捷、分辨率高和运动实现多样化等优势，可用于机器人关节、精密装配和微小型机器人等机电装置。

超声波电机利用定子与转子之间的摩擦力产生力矩，一般利用弹簧给定子施加预紧力使定、转子充分接触。对于多自由度球形超声波电机而言，柔性弹簧的使用大大降低了电机的强度，现有如201811110396.X专利的电机采用柔性弹簧施加预紧力，电机轴向拉压力直接通过定、转子传递给弹簧，而柔性弹簧受力有限，使得电机受到的大轴向力致使弹簧失效甚至电机解体。经过有限元仿真分析，201811110396.X专利的电机轴向受力极限约为300N，这大大限制了超声波电子在大冲击、大扰动场合的使用。

目前，多自由度超声波球电机由于结构设计缺陷，大多强度较低，特别是轴向抗拉压能力较弱，现有技术中缺少实现超声波球电机的高强度特性，实现超声波球电机结构稳定性的结构。

实用新型内容

针对当前多自由度超声波电机存在的强度低、模型复杂等问题，本实用新型的目的在于提供一种高强度小位移的新结构多自由度行波型超声波电机，实现电机结构的高强度，提高电机轴向抗拉压能力，简化了电机驱动模型。

本实用新型可免受外力直接耦合干扰，提高电机球转子抗外力的强度，另由于球心的固定，其三个驱动定子的驱动模型亦会相对简单。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型包括球电机本体、内置球铰模块及外置自锁模块。球电机本体主要包括定子部件、转子部件及附属部件，球电机本体主要实现电机三个自由度转动。

具体地，包括球电机本体，所述球电机本体包括三个定子部件、转子部件和附属部件，所述附属部件包括底座，所述转子部件包括输出杆、连接螺钉和球形转子，所述定子部件包括超声波定子、螺旋板簧和固定支架；三个固定支架沿圆周间隔120°均布地固定于附属部件的底座上表面，安装在每个固定支架上均通过螺旋板簧安装有超声波定子；球形转子为上部切去球缺的球结构，输出杆通过连接螺钉固定于球形转子的球缺面上，球形转子由三个超声波定子接触夹持。