[实用新型]一种多自由度球形行波型超声波电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及超声波电机，尤其是涉及一种多自由度球形行波型超声波电机。

背景技术

自然界中许多现象是多自由度驱动的，如人的肩、腕和髋关节，眼球也是两自由度转动的。另外，随着科技的发展，机电系统也日益复杂化，尤其是一些精密装置对运动的要求越来越高，单自由度驱动已经无法满足要求，如机器人、摄像系统等也都要求多自由度驱动。这些系统中，若每个自由度的运动由1台单自由度电机来完成，就必然造成运动部件机构复杂、体积庞大、笨重和动态性能差。多自由度超声波电机仍具有超声波电机的一些特点：1、由于受高频振动摩擦驱动，不仅动态响应快和高分辨率，而且具有高精度，另外，由于摩擦驱动能断电自锁；2、在结构设计上具有简单性和灵活性，既可采用行波型定子，也可采用驻波型定子，可以实现二个或三个自由度运动；3、低速大力矩等。而电磁型球电机要形成球形旋转磁场造成结构十分复杂，实现十分困难，目前国内外实现的电磁型球电机性能相对较差，实用不多，多自由度超声波电机具有低速大力矩、响应快、精度高、可直接驱动等特点，具有电磁感应电机无法比拟的优点，近年已成功地应用于腹腔手术、假肢上的肩腕和膝关节、二自由度的CCD(监视头)云台驱动和机器人的眼球驱动等场合，因此，研制结构紧凑和低速大力矩的球形超声波电机十分必要。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种多自由度球形行波型超声波电机，采用环状行波型定子，能实现二或三个方向的转动。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

在电机机体内安装球形电机转子，在球形电机转子的前、后、左、右及底部分别安装一个行波定子内球面与球形电机转子相配合，五个行波定子通过分别各自的定子连接部件安装在电机机体上，在球形电机转子的输出轴上安装有相互成90°的姿态角检测机构。

所述的定子连接部件：每个均包括定子连接件、调节螺栓和螺母；行波定子的尾部装入定子连接件内，尾部与调节螺栓之间装有弹性体，定子连接件固定在电机机体上，行波定子的尾部用紧定螺钉固定。

所述的姿态角检测机构：包括姿态测试机体、两个光电编码器、两个转动滑块和两根连杆；球形电机转子的输出轴上装有随输出轴转动的、装有调心轴承的姿态测试机体，两个转动滑块下端安装在各自的轴承中，每个转动滑块上端分别安装光电编码器，两根连杆与各自的转动滑块孔滑动配合，每根连杆的一端与姿态测试机体成90°连接，其中一个是铰接连接，另一个为固定连接。

所述的两根连杆与调心轴承均安装在同一平面内。

本实用新型与背景技术相比，具有的有益的效果是：

1.整体结构简单，安装方便。多自由度球形超声波电机采用环状行波型定子，能实现二或三个方向的转动。整个电机是由球形转子和行波定子等部件组成，行波定子的端面成内球面，这样可以使定子和球形转子良好接触，提高装配对中性；另外，这种结构的电机对定子轴线的对中较敏感。在调整时一般在每对定子中先固定一个定子，另一个定子使用可调整轴线位置的机构。由于多自由度球形超声波电机有两对垂直相交的行波型定子，两对定子的夹紧自然固定了转子。

2.姿态控制方便、响应快、精度高。对于多自由度球形超声波电机，由于电机转子转速与两定子的驱动速度线性相关，因此其位置和速度的控制比较简单，其位置和速度的反馈是用球铰机构加小型光电编码器组成的。

3.可方便调节预压力，使定子和球形转子良好接触，使得输出力矩最大。

4.可实现多自由度动作，简化了机械结构。可应用于假肢上的肩腕和膝关节、二自由度的CCD(监视头)云台驱动和机器人的眼球驱动等场合。

附图说明

图1是多自由度球形超声波电机结构示意图；

图2是图1的E-E剖视图；

图3是图1的A-A剖视图；

图4是电机机体的结构示意图。

图中：1、姿态测试机体，2、紧定螺钉，3、定子连接件，4、电机机体，5、连接螺栓，6、调节螺栓，7、螺母，8、弹性体，9、半圆头滑键，10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、行波定子，11、球形电机转子，12、光电编码器，1.1、连接螺栓，1.2、垫高块，1.3、安装块，1.4、轴承，1.5、紧固螺钉，1.6、转动滑块，1.7、连杆，1.8、固定连接点，1.9、轴承安装环，1.10、调心轴承，1.11.铰链连接点。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。