[發明專利]球鉸式多自由度行波型超聲波球電機

在審

• 申請號: 202010110972.1
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111193438A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 郭吉豐;賈官帥;王班;毋少峰;傅平;王劍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02N2/16
• 分類號: H02N2/16;H02N2/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種球鉸式多自由度行波型超聲波球電機。包括內置球鉸模塊和外置自鎖模塊；球形轉子頂部開設凹槽，球形轉子底部中心開設有軸向通孔，球鉸桿球體結構嵌裝在球形轉子的半球槽中，球形轉子的凹槽中固定安裝上頂蓋并包覆球鉸桿，球鉸桿下端向下穿過球形轉子軸向通孔后固定連接于底座；球鉸桿頂端開設有盲孔，上頂蓋開設貫通孔；輸出桿底面開設安裝孔并裝鎖死電機，鎖死電機和自鎖螺桿上端軸向活動連接，自鎖螺桿上端螺紋套裝在內襯套孔中，自鎖螺桿下端穿過上頂蓋貫通孔后插裝到球鉸桿球體結構頂端。本發明設有內置球鉸模塊可固定電機轉子球心，球電機結構巧妙、模型簡單，具有軸向強度高、自鎖力矩大及方便控制等優點。

技術領域

本發明涉及了一種超聲波電機，尤其涉及了一種高強度小位移球鉸式多自由度行波型超聲波球電機。

背景技術

超聲波電機利用壓電材料的逆壓電效應，將彈性材料的微觀變形通過共振轉換為動子的宏觀運動，具有低速大力矩、斷電自鎖、響應快、分辨率高、功率密度高、無電磁干擾、結構緊湊、可直接驅動和運動實現多樣化等特點，可在小功率(小于100W)應用場合下替代部分電磁型電機，具有廣闊的應用前景。隨著工業界對多自由度運動需求的增長，傳統電磁型電機的劣勢逐步顯現。電磁型電機實現多自由度運動，所需結構普遍較復雜，難于制造和實施控制。相比電磁型電機，這種電機具有結構緊湊易裝配、機械集成度高、驅動便捷、分辨率高和運動實現多樣化等優勢，可用于機器人關節、精密裝配和微小型機器人等機電裝置。

超聲波電機利用定子與轉子之間的摩擦力產生力矩，一般利用彈簧給定子施加預緊力使定、轉子充分接觸。對于多自由度球形超聲波電機而言，柔性彈簧的使用大大降低了電機的強度，現有如201811110396.X專利的電機采用柔性彈簧施加預緊力，電機軸向拉壓力直接通過定、轉子傳遞給彈簧，而柔性彈簧受力有限，使得電機受到的大軸向力致使彈簧失效甚至電機解體。經過有限元仿真分析，201811110396.X專利的電機軸向受力極限約為300N，這大大限制了超聲波電子在大沖擊、大擾動場合的使用。

目前，多自由度超聲波球電機由于結構設計缺陷，大多強度較低，特別是軸向抗拉壓能力較弱，現有技術中缺少實現超聲波球電機的高強度特性，實現超聲波球電機結構穩定性的結構。

發明內容

針對當前多自由度超聲波電機存在的強度低、模型復雜等問題，本發明的目的在于提供一種高強度小位移的新結構多自由度行波型超聲波電機，實現電機結構的高強度，提高電機軸向抗拉壓能力，簡化了電機驅動模型。

本發明可免受外力直接耦合干擾，提高電機球轉子抗外力的強度，另由于球心的固定，其三個驅動定子的驅動模型亦會相對簡單。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：

本發明包括球電機本體、內置球鉸模塊及外置自鎖模塊。球電機本體主要包括定子部件、轉子部件及附屬部件，球電機本體主要實現電機三個自由度轉動。

具體地，包括球電機本體，所述球電機本體包括三個定子部件、轉子部件和附屬部件，所述附屬部件包括底座，所述轉子部件包括輸出桿、連接螺釘和球形轉子，所述定子部件包括超聲波定子、螺旋板簧和固定支架；三個固定支架沿圓周間隔120°均布地固定于附屬部件的底座上表面，安裝在每個固定支架上均通過螺旋板簧安裝有超聲波定子；球形轉子為上部切去球缺的球結構，輸出桿通過連接螺釘固定于球形轉子的球缺面上，球形轉子由三個超聲波定子接觸夾持。