郑 科,邱建敏,王一平,杨 颖

(南京航空航天大学 航空学院，南京 210016)

0 引 言

多自由度驱动机制可以应用于卫星天线指向，天文望远镜姿态调整，激光通信，精密光学跟踪系统，类人机器人眼球系统和太阳跟踪系统等先进领域[1-5]。研究人员试图利用不同的驱动原理设计多自由度作动器，例如空间并联机构[6-7]，形状记忆合金驱动机构[8]和气动人造肌肉驱动机构[9]。这些根据不同驱动原理设计的多自由度作动器需要大量的中间传动部件，例如连杆、齿轮、铰链等，从而导致体积相对较大。

电磁球形电机[10-12]在不需要任何中间传动部件的情况下便能实现球形转子的多自由度旋转运动。电磁球形电机虽然输出扭矩大，但磁极分布、线圈结构复杂，且质量偏重，不利于进一步的小型化。

压电多自由度作动器结构紧凑，设计灵活，且具有位移分辨率高、响应速度快、断电自锁等优点[13]。Yang等人[14]利用圆柱形定子的纵弯复合模态实现了球形转子绕三个坐标轴的旋转运动。LU Bo等人[15]提出了一种圆环状定子型多自由度压电作动器，整体采用夹心式结构，球形转子夹在两个环状定子中间，但是定子磨损严重。Nakajima等人[16]提出了一种结构紧凑的球形定子，并讨论了其工作模态和激励方法，但原理样机的输出特性还没有进行报道。WANG Liang等人[17]提出了一种十字梁型压电作动器，它利用单驱动足驱动球形转子绕三个坐标轴高速旋转，但其整体尺寸较大。SHI Shengjun等人[18]提出了一种可实现高输出转矩的紧凑型多自由度超声波电动机，但定转子之间的接触模型还需要进一步优化。……