超声电机及其在机器人驱动中的应用
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超 声 波 电机 （ ｔ ｓ ｎｃ Ｍｏｏ ）简 称 Ｕ Ｍ 是 一 种 近 二 十 Ｕｌａ ｏ ｉ ｒ ｔｒ ， Ｓ 年 来 发 展 起 来 的 新 原 理 、 电一 体 化 电 机 ， 本 结 构 及 工作 原 理 机 其 完 全 不 同于 传 统 的 电 磁 马 达 ， 有 绕 组 与磁 路 ， 以 电磁 作 用传 没 不
递能量 ， 而是 一 种 利 用 超 声 波 振 动 能作 为驱 动 源 的 新 原 理 电机
来 不 可避 免 的 间 隙 和磨 损 会 严 重 阻碍 控 制 系统 快 速 性 和 精 确 性 的提 高 。 超 声 波 电机 具 有 低速 大转 矩 的 特点 ， 可直 接 驱 动 机器 人 的操 作 机 构 ， 需 传 动机 构 ， 小 了传 动装 置 的 占用 空 间和 质 量 ， 不 减 同时 ， 还 具 有 响 应速 度 快 、 电磁 噪声 等特 点 ， 声 波 电机 的上 它 无 超 述特 性 有 助 于工 业 机器 人 的结 构 紧 凑 、 控制 精 确 和 动作 迅速 嘲。 超 声 波 最 常 见 的 三 种 控 制 方 法 是 调 频 、 相 和 调压 。超 调 声 波 电机 的驱 动 频 率 是 由定 子 的 共 振 频 率 决 定 的 ， 当定 子 发生 共 振 时 ， 子 呈 现 的 阻 抗 最 小 ， 幅最 大 ， 电 机 的驱 动 频 率 向 振 振 当 反谐振点变化时 ， 电流 减 小 ， 幅 减 小 ， 振 电机 转 速 降低 ， 此 超声 因 电机 可 以通 过 调 频 的 方 式 实 现 调 速 功 能 ；调 相 调 速 方 式 是 通过 改 变 两 组 压 电 振 子 阵 列 的 相 位 差来 改 变 定 子 表 面 驱 动 质 点 轨迹 的形 状 ， 间接 控 制 电机 的转 速 。通 过 改 变 两 相 电压 的幅 值 ， 也可 改 变 电机 的 转 速 。 变 施 加 在压 电 陶瓷 上 的 电压 的 幅值 ， 而调 改 从
ｃｐｌ ｓ ｒｃｔ ｅ ｈ ａｃｅｒ ｔ ｏ ｕｔａｓ ｎｉ ｍｏｔ ａｎ ｉ ｄｒ ｉｇ ａ ｄ ｉ ｅ，ｔｕ ｕｒ ｃ ａｒ ｔ ｉ ｉ ｆ ｌ ｓｃ ｒ ｏ ｃ ｏｒ ｄ ｔ ｓ ｉｎ ｖ ｎ ｃｏ ｔｏｌｎ ｔ ｃ ｉ ｅａ ｈ ｕｔａ ｏｎｃ ｎ ｒ ｌ ｇ ｅ ｈｎｑｕ ，ｎｄ ｔ ｅ ｌ ｓ ｉ ｍ ｏｏｒｄｒ ｎ ｔ ｉ ｒ ｔ ｉ ｇ ｗｏ ｖｉ
Ａｂｓ ｒ ｔ ｔａｃ
Ｕｌａ ｏ ｉ ｍｏ ｏ （ ｔ ｓ ｎｃ Ｍｏ ｏ ， Ｓ ｉ ａ ｎ ａ ｌ ｔ ｎｙ ｙ ａ ｓ ｗｉ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｎ ｕｔ ｓ ｎｃ ｖｂ ａ ｉｎ ｅ ｅ ｇ ｓ ｔ ｓ ｎｃ ｒ ｔ ｒ Ｕｌａ ｏ ｉ ｔ ｒ Ｍ ｓ ｅ ｒ ｗｅ ｔ ｅ ｒ ｔ ｔｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆａ ｌａ ｏ ｉ ｉｒ ｔ ｎ ｒ ｙ ａ ｒ Ｕ ｙ ｈ ｒ ｏ
１ 超 声 电 机基 本 原 理
超 声 电 机 按 驱 动 方 式 可 以 分 为 行 波 型 和 驻 波 型 超 声 电 机 ； 定 子 和 转 子 接 触 方 式 按
可 以分 为 接 触 式 和 非 接 触 式
超 声 电 机 ； 运 动 方 式 可 以分 按 为 直 线 运 动 型 和 旋 转 运 动 型 超 声 电机 。行 波 型 电机 的一
《 业 控 制 计 算 机 ／ ０ ２年第 ２ 工 ２１ ５卷 第 １ ０期
１５ １
超声电机及其在机器人驱动中的应用
刘 神 余 勃 （ 宿迁学院机电工程 系， 江苏 宿迁 ２ ３ ０ ） ２ ８ ０
摘 要
声 波 电机 （ ｌａ ｏ ｉ Ｍｏｏ ， Ｕｔ ｓ ｎ ｔｒ 简称 Ｕ Ｍ） 一 种 近 二 十 年 来发 展 起 来 的一 种 利 用超 声 波 振 动 能作 为驱 动 源 的新 原 理 电 ｒ ｃ Ｓ 是
机 。以行 波型 超 声 电机 为 例 ， 绍 超 声 电机 原 理 结 构 、 点及 其驱 动 控 制 技 术 ， 以超 声 电机 驱 动 的 二 轴 机械 臂 控 制 系统 为 介 特 并
例 子 介 ຫໍສະໝຸດ Baidu 超 声 电机 在 机 器 人 控 制 、 行 中 的应 用 。 执
关 键 词 ： 声 电机 ， 波 型 ， 动 超 行 驱
它 借 助 压 电晶 体 和 弹 性 体 ，通 过 逆 压 电效 应 将 电 能转 变 为 超声
振 动 能 ； 后 通 过 定 、 子 之 间 的接 触 和 摩 擦 力 ， 交 变 的振 动 然 转 将
转 变 成 转 子 单 方 向 的 回 转 或 直 线 运 动 ，实 现 机 械 振 动 能 到转 子 动 能 的 转 换 …。
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超 声 波 电机 （ ｔ ｓ ｎｃ Ｍｏｏ ）简 称 Ｕ Ｍ 是 一 种 近 二 十 Ｕｌａ ｏ ｉ ｒ ｔｒ ， Ｓ 年 来 发 展 起 来 的 新 原 理 、 电一 体 化 电 机 ， 本 结 构 及 工作 原 理 机 其 完 全 不 同于 传 统 的 电 磁 马 达 ， 有 绕 组 与磁 路 ， 以 电磁 作 用传 没 不
递能量 ， 而是 一 种 利 用 超 声 波 振 动 能作 为驱 动 源 的 新 原 理 电机
来 不 可避 免 的 间 隙 和磨 损 会 严 重 阻碍 控 制 系统 快 速 性 和 精 确 性 的提 高 。 超 声 波 电机 具 有 低速 大转 矩 的 特点 ， 可直 接 驱 动 机器 人 的操 作 机 构 ， 需 传 动机 构 ， 小 了传 动装 置 的 占用 空 间和 质 量 ， 不 减 同时 ， 还 具 有 响 应速 度 快 、 电磁 噪声 等特 点 ， 声 波 电机 的上 它 无 超 述特 性 有 助 于工 业 机器 人 的结 构 紧 凑 、 控制 精 确 和 动作 迅速 嘲。 超 声 波 最 常 见 的 三 种 控 制 方 法 是 调 频 、 相 和 调压 。超 调 声 波 电机 的驱 动 频 率 是 由定 子 的 共 振 频 率 决 定 的 ， 当定 子 发生 共 振 时 ， 子 呈 现 的 阻 抗 最 小 ， 幅最 大 ， 电 机 的驱 动 频 率 向 振 振 当 反谐振点变化时 ， 电流 减 小 ， 幅 减 小 ， 振 电机 转 速 降低 ， 此 超声 因 电机 可 以通 过 调 频 的 方 式 实 现 调 速 功 能 ；调 相 调 速 方 式 是 通过 改 变 两 组 压 电 振 子 阵 列 的 相 位 差来 改 变 定 子 表 面 驱 动 质 点 轨迹 的形 状 ， 间接 控 制 电机 的转 速 。通 过 改 变 两 相 电压 的幅 值 ， 也可 改 变 电机 的 转 速 。 变 施 加 在压 电 陶瓷 上 的 电压 的 幅值 ， 而调 改 从
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１ 超 声 电 机基 本 原 理
超 声 电 机 按 驱 动 方 式 可 以 分 为 行 波 型 和 驻 波 型 超 声 电 机 ； 定 子 和 转 子 接 触 方 式 按
可 以分 为 接 触 式 和 非 接 触 式
超 声 电 机 ； 运 动 方 式 可 以分 按 为 直 线 运 动 型 和 旋 转 运 动 型 超 声 电机 。行 波 型 电机 的一
《 业 控 制 计 算 机 ／ ０ ２年第 ２ 工 ２１ ５卷 第 １ ０期
１５ １
超声电机及其在机器人驱动中的应用
刘 神 余 勃 （ 宿迁学院机电工程 系， 江苏 宿迁 ２ ３ ０ ） ２ ８ ０
摘 要
声 波 电机 （ ｌａ ｏ ｉ Ｍｏｏ ， Ｕｔ ｓ ｎ ｔｒ 简称 Ｕ Ｍ） 一 种 近 二 十 年 来发 展 起 来 的一 种 利 用超 声 波 振 动 能作 为驱 动 源 的新 原 理 电 ｒ ｃ Ｓ 是
机 。以行 波型 超 声 电机 为 例 ， 绍 超 声 电机 原 理 结 构 、 点及 其驱 动 控 制 技 术 ， 以超 声 电机 驱 动 的 二 轴 机械 臂 控 制 系统 为 介 特 并
例 子 介 ຫໍສະໝຸດ Baidu 超 声 电机 在 机 器 人 控 制 、 行 中 的应 用 。 执
关 键 词 ： 声 电机 ， 波 型 ， 动 超 行 驱
它 借 助 压 电晶 体 和 弹 性 体 ，通 过 逆 压 电效 应 将 电 能转 变 为 超声
振 动 能 ； 后 通 过 定 、 子 之 间 的接 触 和 摩 擦 力 ， 交 变 的振 动 然 转 将
转 变 成 转 子 单 方 向 的 回 转 或 直 线 运 动 ，实 现 机 械 振 动 能 到转 子 动 能 的 转 换 …。