[发明专利]一种二自由度球形超声电机及其控制方法

权利要求书

1.一种二自由度球形超声电机，包括上振子（1）、下振子（3）和球形转子（2），其特征在于：

所述上振子（1）和下振子（3）结构相同，均包含圆环结构、两根横梁和四片压电薄膜（4），其中，两根横梁的一端均与所述圆环结构的外侧壁固定相连、轴线均指向所述圆环结构的圆心，且两根横梁的轴线之间的夹角为180°，四片压电薄膜（4）分别对称设置在所述两根横梁的上下表面，沿厚度方向极化，并且两根横梁上下表面设置的压电薄膜（4）的极化方向相反；

所述球形转子（2）设置在下振子（3）圆环结构的内圆环上，上振子（1）圆环结构的内圆环设置在球形转子（2）上，上振子（1）和下振子（3）呈正交平行分布。

2.根据权利要求1所述的二自由度球形超声电机，其特征在于，所述上振子（1）和下振子（3）中的压电薄膜（4）均通过镀层的方式设置在横梁上。

3.根据权利要求1所述的二自由度球形超声电机，其特征在于，所述上振子（1）、下振子（3）中圆环结构和横梁的横截面均为矩形。

4.根据权利要求1所述的二自由度球形超声电机，其特征在于，所述上振子（1）、下振子（3）中圆环结构和横梁的横截面均为圆形。

5.基于权利要求1所述的二自由度球形超声电机的控制方法，令下振子（3）中横梁所在的直线为X轴，上振子（1）横梁所在的直线为Y轴，其特征在于，控制球形转子（2）绕X轴转动的具体方法如下：

当需要驱动球形转子（2）绕X轴进行正向转动时：

步骤A.1）,对上振子（1）两根横梁上下表面的压电薄膜（4）分别施加两相具有π相位差的电信号，并且使得两根横梁上表面的压电薄膜（4）上的电信号具有π相位差；

步骤A.2），对下振子（3）两根横梁上下表面的压电薄膜（4）均施加相同的电信号，并使得该电信号与上振子两根横梁上表面压电薄膜（4）上施加的电信号具有π/2相位差；

当需要驱动球形转子（2）绕X轴进行反向转动时：

步骤B.1），对上振子（1）两根横梁上下表面的压电薄膜（4）分别施加两相具有-π相位差的电信号，并且使得两根横梁上表面的压电薄膜（4）上的电信号具有-π相位差；

步骤B.2），对下振子（3）两根横梁上下表面的压电薄膜（4）均施加相同的电信号，并使得该电信号与上振子两根横梁上表面压电薄膜（4）上施加的电信号具有-π/2相位差。

6.根据权利要求5所述的二自由度球形超声电机的控制方法，其特征在于，控制球形转子（2）绕Y轴转动的具体方法如下：

当需要驱动球形转子（2）绕Y轴进行正向转动时：

步骤C.1），对下振子（3）两根横梁上下表面的压电薄膜（4）分别施加两相具有π相位差的电信号，并且使得两根横梁上表面的压电薄膜（4）上的电信号具有π相位差；

步骤C.2），对上振子（1）两根横梁上下表面的压电薄膜（4）均施加相同的电信号，并使得该电信号与下振子两根横梁上表面压电薄膜（4）上施加的电信号具有π/2相位差；

当需要驱动球形转子（2）绕Y轴进行反向转动时：

步骤D.1），对下振子（3）两根横梁上下表面的压电薄膜（4）分别施加两相具有-π相位差的电信号，并且使得两根横梁上表面的压电薄膜（4）上的电信号具有-π相位差；

步骤D.2），对上振子（1）两根横梁上下表面的压电薄膜（4）均施加相同的电信号，并使得该电信号与下振子两根横梁上表面压电薄膜（4）上施加的电信号具有-π/2相位差。