CN115459626B - 贴片式框架型定子多自由度超声电机及其激励方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贴片式框架型定子多自由度超声电机及其激励方法，超声电机包含定子、球形转子和压电陶瓷片模块。定子包含四根立柱和四根具有驱动足的横梁。球形转子包含第一球壳、第二球壳、预紧模块和限位模块。通过预紧模块施加的预紧力将转子压在定子的四个驱动足上。通过施加激励信号在压电陶瓷模块上来激发出定子的多个振动模态，从而利用摩擦作用驱动球形转子获得三个自由度方向的转动。本发明超声电机能够实现三个自由度旋转运动，具有结构简单紧凑，预压力可调，不受电磁干扰、断电自锁、易于微型化等优点，适合应用于空间指向机构、机器人关节技术、光学跟踪***等领域。

Description

贴片式框架型定子多自由度超声电机及其激励方法

技术领域

本发明涉及超声电机领域，尤其涉及一种贴片式框架型定子多自由度超声电机及其激励方法。

背景技术

随着卫星姿态调整、光学跟踪***、精密定位平台和机器人技术等领域的快速发展，精密驱动***日益复杂，高端的精密装置对驱动***的要求越来越高，单自由度的执行机构已经难以满足要求。传统的多自由度电机是用三台单自由度旋转电机以及复杂的传动机构来实现多自由度旋转运动，这必然会导致电机结构复杂、体积庞大和误差失控，影响***的定位精度和工作稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种贴片式框架型定子多自由度超声电机及其激励方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

贴片式框架型定子多自由度超声电机及其激励方法，包含定子、球形转子和压电陶瓷片模块；

所述定子包含第一至第四立柱、以及第一至第四横梁，其中，第一至第四立柱为结构相同的正四棱柱、第一至第四横梁为结构相同的长方体；第一、第二立柱的上端分别和第一横梁的两端垂直固连，第三、第四立柱的两端分别和第二横梁的两端垂直固连，第一、第四立柱的下端分别和第三横梁的两端垂直固连，第二、第三立柱的下端分别和第四横梁的两端垂直固连；第一横梁下端面、第二横梁下端面、第三横梁上端面、第四横梁上端面的中心处均设有凸起的驱动足；

所述压电陶瓷片模块包含第一至第八压电陶瓷片；

所述第一至第八压电陶瓷片结构相同，均为长方形，一一对应设置在所述第一至第四立柱八个外侧面的中心，均关于第一立柱的中截面对称，宽度均和第一立柱的外侧面等宽，长度小于等于第一立柱长度的三分之一；且第一至第八压电陶瓷片沿着厚度方向同时朝内或者同时朝外极化；

所述球形转子包含第一球壳、第二球壳、预紧模块和限位模块；

所述第一至第二球壳结构相同，均包含壳面和固定部，其中，所述壳面为高度小于半径的空心半球体，其中心设有圆形的限位孔；所述固定部为一端开口、一端封闭的空心圆柱体，其开口一端和所述壳面在其限位孔处密闭固连，固定部的轴线经过壳面的球心；

所述预紧模块包含楔块、预紧螺杆和预紧螺母；

所述楔块为呈长方台状，包含第一端壁、第二端壁、以及依次首位相连的第一至第四侧壁，其中，所述第一端壁、第二端壁均为矩形，第一端壁面积小于第二端壁面积；第一侧壁、第三侧壁为形状相同的矩形，第二侧壁、第四侧壁为相互平行且形状相同的等腰梯形，且第一端壁、第二端壁均垂直于第二侧壁；

所述预紧螺杆一端和楔块第一端壁的中心垂直固连；

所述第一、第二球壳中固定部封闭端的外壁上均设有预紧凹槽和限位凹槽，其中，所述预紧凹槽为深度由一端到另一端逐渐变浅的矩形槽，限位凹槽为等深度的圆形槽，预紧凹槽和深度较浅的一端和限位凹槽的一端相连，预紧凹槽、限位凹槽共线且经过固定部封闭端的圆心，将固定部封闭端分割为两个部分；

所述第一球壳、第二球壳均置于所述定子中；所述楔块的第一端壁和第一球壳固定部预紧凹槽的底壁贴合，楔块的第三端壁和第二球壳固定部预紧凹槽的底壁贴合，楔块的第二端壁、第四端壁的一侧和第一球壳固定部预紧凹槽的两个侧壁对应贴合、另一侧和第二球壳固定部预紧凹槽的两个侧壁对应贴合；所述预紧螺杆分别和所述第一球壳、第二球壳的限位凹槽贴合；所述预紧螺母和所述预紧螺杆螺纹相连且分别和所述第一球壳固定部、第二球壳固定部的侧壁相抵，用于调整第一球壳固定部、第二球壳固定部之间的间距，使得第一球壳的壳面和第一横梁、第二横梁上的驱动足相抵，第二球壳的壳面和第三横梁、第四横梁上的驱动足相抵；

所述限位模块包含第一限位盖、第二限位盖；

所述第一限位盖、第二限位盖结构相同，均包含连接圆环和限位圆环，其中，所述连接圆环、限位圆环的内径相等，限位圆环的外径大于连接圆环的外径，且连接圆环、限位圆环同轴固连；

所述第一限位盖限位圆环的外壁和所述第一球壳壳面的限位孔过盈配合，第二限位盖限位圆环的外壁和所述第二球壳壳面的限位孔过盈配合，使得所述球形转子在转动时第一至第四横梁上的驱动足无法接触第一球壳、第二球壳之间的缝隙。

作为本发明贴片式框架型定子多自由度超声电机进一步的优化方案，所述驱动足为横截面为等腰梯形的柱体，包含两个呈等腰梯形的端面、以及依次首位相连的第一至第四侧面；驱动足的第一侧面的面积小于其第三侧面；驱动足的第三侧面和驱动足所在横梁固连、两个端面分别和驱动足所在横梁的两侧共面。

作为本发明贴片式框架型定子多自由度超声电机进一步的优化方案，所述第一至第八压电陶瓷片通过环氧树脂胶一一对应粘贴在所述第一至第四立柱八个外侧面的中心。

作为本发明贴片式框架型定子多自由度超声电机进一步的优化方案，所述预紧螺母采用六角螺母。

本发明还公开了一种该贴片式框架型定子多自由度超声电机的激励方法，包含以下步骤：

球形转子的球心与定子的重心重合，令定子的重心为笛卡尔坐标原点，从第四立柱沿着第三横梁指向第一立柱的方向为X轴正方向，从第一立柱沿着第一横梁指向第二立柱的方向为Y轴正方向，沿着第一立柱朝上的方向为Z轴正方向；并令设置在X轴正向的两片压电陶瓷片细分为第一压电陶瓷片组、设置在X轴反向的两片压电陶瓷片细分为第二压电陶瓷片组、设置在Y轴正向的两片压电陶瓷片细分为第三压电陶瓷片组、设置在Y轴反向的两片压电陶瓷片细分为第四压电陶瓷片组；

如果需要驱动球形转子绕X轴旋转：

对第三压电陶瓷片组施加第一激励信号，对第四压电陶瓷片组施加第三激励信号，对第一压电陶瓷片组和第二压电陶瓷片组施加第二激励信号；

所述第一至第三激励信号均为同频幅值相等的交流谐波信号，其中，第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号π/2,第一激励信号在时间相位差上超前第三激励信号π，使得定子上同时产生一阶纵振模态和三阶弯振模态；通过一阶纵振模态和三阶弯振模态的耦合，使得定子的驱动足表面质点产生垂直于X轴的微幅椭圆运动，定子通过摩擦作用驱动球形转子绕X轴旋转；如果需要绕X轴反向旋转，改变第二激励信号，使得第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号-π/2即可；

如果需要驱动球形转子绕Y轴旋转：

对第一压电陶瓷片组施加第一激励信号，对第二压电陶瓷片组施加第三激励信号，对第三压电陶瓷片组和第四压电陶瓷片组施加第二激励信号；

所述第一至第三激励信号均为同频幅值相等的交流谐波信号，其中，第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号π/2,第一激励信号在时间相位差上超前第三激励信号π，使得定子上同时产生一阶纵振模态和三阶弯振模态；通过一阶纵振模态和三阶弯振模态的耦合，使得定子的驱动足表面质点产生垂直于Y轴的微幅椭圆运动，定子通过摩擦作用驱动球形转子绕Y轴旋转；如果需要绕Y轴反向旋转，改变第二激励信号，使得第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号-π/2即可；

如果需要驱动球形转子绕Z轴旋转：

对第一压电陶瓷片组施加第一激励信号，对第二压电陶瓷片组施加第三激励信号，对第三压电陶瓷片组施加第二激励信号，对第四压电陶瓷片组施加第四组激励信号；

所述第一至第四激励信号均为同频幅值相等的交流谐波信号，其中，第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号π/2,第一激励信号在时间相位差上超前第三激励信号π，第一激励信号在时间相位差上超前第四激励信号3π/2，使得定子上同时产生两个相互正交的三阶弯振模态；通过两个正交三阶弯振模态的耦合，使得定子的驱动足表面质点产生垂直于Z轴的微幅椭圆运动，定子通过摩擦作用驱动球形转子绕Z轴旋转；如果需要绕Z轴反向旋转，改变第二激励信号和第四信号，使得第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号-π/2，以及第一激励信号在时间相位差上超前第四激励信号-3π/2即可。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 结构简单紧凑，易于调节预压力和无复杂的传动结构；

2. 采用压电驱动技术直接驱动球形转子实现三自由度旋转，且易于实现轻量化。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的左剖视示意图；

图3是本发明中定子的结构示意图；

图4是本发明中压电陶瓷片的极化方向以及激励信号施加示意图；

图5是本发明中第二球壳的立体结构和剖视结构的对比示意图；

图6是本发明中楔块和预紧螺杆相配合的结构示意图；

图7是本发明中第一限位盖的结构示意图；

图8是本发明中定子一阶纵振模态时Z轴正、负方向上的对比示意图；

图9（a）是本发明中定子三阶弯振模态时在X轴正、负方向上的对比示意图；

图9（b）是本发明中定子三阶弯振模态时在Y轴正、负方向上的对比示意图；

图10是本发明绕X轴转动时的工作状态示意图；

图11是本发明绕Y轴转动时的工作状态示意图；

图12是本发明绕Z轴转动时的工作状态示意图；

图中，1-定子，2-上半球壳，3-上限位盖，4-楔块，5-预紧螺母，6-压电陶瓷片，7-下半球壳，8-下限位盖，9-第二横梁，10-第四立柱，11-驱动足，12-第一压电陶瓷片组，13-第二压电陶瓷片组，14-第三压电陶瓷片组，15-第四压电陶瓷片组，16-第二球壳的固定部，17-第二球壳固定部上的预紧凹槽，18-楔块，19-预紧螺杆，20-连接圆环，21-限位圆环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本发明教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。

如图1、2所示，本发明公开了一种贴片式框架型定子多自由度超声电机及其激励方法，包含定子、球形转子和压电陶瓷片模块；

如图3所示，所述定子包含第一至第四立柱、以及第一至第四横梁，其中，第一至第四立柱为结构相同的正四棱柱、第一至第四横梁为结构相同的长方体；第一、第二立柱的上端分别和第一横梁的两端垂直固连，第三、第四立柱的两端分别和第二横梁的两端垂直固连，第一、第四立柱的下端分别和第三横梁的两端垂直固连，第二、第三立柱的下端分别和第四横梁的两端垂直固连；第一横梁下端面、第二横梁下端面、第三横梁上端面、第四横梁上端面的中心处均设有凸起的驱动足；

所述压电陶瓷片模块包含第一至第八压电陶瓷片；

所述第一至第八压电陶瓷片结构相同，均为长方形，通过环氧树脂胶一一对应粘贴在所述第一至第四立柱八个外侧面的中心，均关于第一立柱的中截面对称，宽度均和第一立柱的外侧面等宽，长度小于等于第一立柱长度的三分之一；且第一至第八压电陶瓷片沿着厚度方向同时朝内或者同时朝外极化，如图4所示；

所述球形转子包含第一球壳、第二球壳、预紧模块和限位模块；

如图5所示，所述第一至第二球壳结构相同，均包含壳面和固定部，其中，所述壳面为高度小于半径的空心半球体，其中心设有圆形的限位孔；所述固定部为一端开口、一端封闭的空心圆柱体，其开口一端和所述壳面在其限位孔处密闭固连，固定部的轴线经过壳面的球心；

所述预紧模块包含楔块、预紧螺杆和预紧螺母；

如图6所示，所述楔块为呈长方台状，包含第一端壁、第二端壁、以及依次首位相连的第一至第四侧壁，其中，所述第一端壁、第二端壁均为矩形，第一端壁面积小于第二端壁面积；第一侧壁、第三侧壁为形状相同的矩形，第二侧壁、第四侧壁为相互平行且形状相同的等腰梯形，且第一端壁、第二端壁均垂直于第二侧壁；

所述预紧螺杆一端和楔块第一端壁的中心垂直固连；

所述第一、第二球壳中固定部封闭端的外壁上均设有预紧凹槽和限位凹槽，其中，所述预紧凹槽为深度由一端到另一端逐渐变浅的矩形槽，限位凹槽为等深度的圆形槽，预紧凹槽和深度较浅的一端和限位凹槽的一端相连，预紧凹槽、限位凹槽共线且经过固定部封闭端的圆心，将固定部封闭端分割为两个部分；

所述第一球壳、第二球壳均置于所述定子中；所述楔块的第一端壁和第一球壳固定部预紧凹槽的底壁贴合，楔块的第三端壁和第二球壳固定部预紧凹槽的底壁贴合，楔块的第二端壁、第四端壁的一侧和第一球壳固定部预紧凹槽的两个侧壁对应贴合、另一侧和第二球壳固定部预紧凹槽的两个侧壁对应贴合；所述预紧螺杆分别和所述第一球壳、第二球壳的限位凹槽贴合；所述预紧螺母采用六角螺母，预紧螺母和所述预紧螺杆螺纹相连且分别和所述第一球壳固定部、第二球壳固定部的侧壁相抵，用于调整第一球壳固定部、第二球壳固定部之间的间距，使得第一球壳的壳面和第一横梁、第二横梁上的驱动足相抵，第二球壳的壳面和第三横梁、第四横梁上的驱动足相抵；

所述限位模块包含第一限位盖、第二限位盖；

如图7所示，所述第一限位盖、第二限位盖结构相同，均包含连接圆环和限位圆环，其中，所述连接圆环、限位圆环的内径相等，限位圆环的外径大于连接圆环的外径，且连接圆环、限位圆环同轴固连；

所述第一限位盖限位圆环的外壁和所述第一球壳壳面的限位孔过盈配合，第二限位盖限位圆环的外壁和所述第二球壳壳面的限位孔过盈配合，使得所述球形转子在转动时第一至第四横梁上的驱动足无法接触第一球壳、第二球壳之间的缝隙。

所述驱动足为横截面为等腰梯形的柱体，包含两个呈等腰梯形的端面、以及依次首位相连的第一至第四侧面；驱动足的第一侧面的面积小于其第三侧面；驱动足的第三侧面和驱动足所在横梁固连、两个端面分别和驱动足所在横梁的两侧共面。

本发明还公开了一种该贴片式框架型定子多自由度超声电机的激励方法，包含以下步骤：

球形转子的球心与定子的重心重合，令定子的重心为笛卡尔坐标原点，从第四立柱沿着第三横梁指向第一立柱的方向为X轴正方向，从第一立柱沿着第一横梁指向第二立柱的方向为Y轴正方向，沿着第一立柱朝上的方向为Z轴正方向；并令设置在X轴正向的两片压电陶瓷片细分为第一压电陶瓷片组、设置在X轴反向的两片压电陶瓷片细分为第二压电陶瓷片组、设置在Y轴正向的两片压电陶瓷片细分为第三压电陶瓷片组、设置在Y轴反向的两片压电陶瓷片细分为第四压电陶瓷片组；

如果需要驱动球形转子绕X轴旋转：

对第三压电陶瓷片组施加第一激励信号，对第四压电陶瓷片组施加第三激励信号，对第一压电陶瓷片组和第二压电陶瓷片组施加第二激励信号；

所述第一至第三激励信号均为同频幅值相等的交流谐波信号，其中，第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号π/2,第一激励信号在时间相位差上超前第三激励信号π，使得定子上同时产生一阶纵振和三阶弯振，如图8、图9（a）、图9（b）所示；通过一阶纵振和三阶弯振的耦合，使得定子的驱动足表面质点产生垂直于X轴的微幅椭圆运动，定子通过摩擦作用驱动球形转子绕X轴旋转，如图10所示；

如果需要绕X轴反向旋转，改变第二激励信号，使得第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号-π/2即可；

如果需要驱动球形转子绕Y轴旋转：

对第一压电陶瓷片组施加第一激励信号，对第二压电陶瓷片组施加第三激励信号，对第三压电陶瓷片组和第四压电陶瓷片组施加第二激励信号；

所述第一至第三激励信号均为同频幅值相等的交流谐波信号，其中，第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号π/2,第一激励信号在时间相位差上超前第三激励信号π，使得定子上同时产生一阶纵振和三阶弯振，如图8、图9（a）、图9（b）所示；通过一阶纵振和三阶弯振的耦合，使得定子的驱动足表面质点产生垂直于Y轴的微幅椭圆运动，定子通过摩擦作用驱动球形转子绕Y轴旋转，如图11所示；

如果需要绕Y轴反向旋转，改变第二激励信号，使得第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号-π/2即可；

如果需要驱动球形转子绕Z轴旋转：

对第一压电陶瓷片组施加第一激励信号，对第二压电陶瓷片组施加第三激励信号，对第三压电陶瓷片组施加第二激励信号，对第四压电陶瓷片组施加第四组激励信号；

所述第一至第四激励信号均为同频幅值相等的交流谐波信号，其中，第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号π/2,第一激励信号在时间相位差上超前第三激励信号π，第一激励信号在时间相位差上超前第四激励信号3π/2,使得定子上同时产生两个相互正交的三阶弯振，如图9所示；通过两个正交三阶弯振的耦合，使得定子的驱动足表面质点产生垂直于Z轴的微幅椭圆运动，定子通过摩擦作用驱动球形转子绕Z轴旋转，如图12所示；

如果需要绕Z轴反向旋转，改变第二激励信号和第四信号，使得第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号-π/2，以及第一激励信号在时间相位差上超前第四激励信号-3π/2即可。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.贴片式框架型定子多自由度超声电机，其特征在于，包含定子、球形转子和压电陶瓷片模块；

所述定子包含第一至第四立柱、以及第一至第四横梁，其中，第一至第四立柱为结构相同的正四棱柱、第一至第四横梁为结构相同的长方体；第一、第二立柱的上端分别和第一横梁的两端垂直固连，第三、第四立柱的两端分别和第二横梁的两端垂直固连，第一、第四立柱的下端分别和第三横梁的两端垂直固连，第二、第三立柱的下端分别和第四横梁的两端垂直固连；第一横梁下端面、第二横梁下端面、第三横梁上端面、第四横梁上端面的中心处均设有凸起的驱动足；

所述压电陶瓷片模块包含第一至第八压电陶瓷片；

所述第一至第八压电陶瓷片结构相同，均为长方形，一一对应设置在所述第一至第四立柱八个外侧面的中心，均关于第一立柱的中截面对称，宽度均和第一立柱的外侧面等宽，长度小于等于第一立柱长度的三分之一；且第一至第八压电陶瓷片沿着厚度方向同时朝内或者同时朝外极化；

所述球形转子包含第一球壳、第二球壳、预紧模块和限位模块；

所述第一至第二球壳结构相同，均包含壳面和固定部，其中，所述壳面为高度小于半径的空心半球体，其中心设有圆形的限位孔；所述固定部为一端开口、一端封闭的空心圆柱体，其开口一端和所述壳面在其限位孔处密闭固连，固定部的轴线经过壳面的球心；

所述预紧模块包含楔块、预紧螺杆和预紧螺母；

所述楔块为呈长方台状，包含第一端壁、第二端壁、以及依次首位相连的第一至第四侧壁，其中，所述第一端壁、第二端壁均为矩形，第一端壁面积小于第二端壁面积；第一侧壁、第三侧壁为形状相同的矩形，第二侧壁、第四侧壁为相互平行且形状相同的等腰梯形，且第一端壁、第二端壁均垂直于第二侧壁；

所述预紧螺杆一端和楔块第一端壁的中心垂直固连；

所述第一、第二球壳中固定部封闭端的外壁上均设有预紧凹槽和限位凹槽，其中，所述预紧凹槽为深度由一端到另一端逐渐变浅的矩形槽，限位凹槽为等深度的圆形槽，预紧凹槽和深度较浅的一端和限位凹槽的一端相连，预紧凹槽、限位凹槽共线且经过固定部封闭端的圆心，将固定部封闭端分割为两个部分；

所述第一球壳、第二球壳均置于所述定子中；所述楔块的第一侧壁和第一球壳固定部预紧凹槽的底壁贴合，楔块的第三侧壁和第二球壳固定部预紧凹槽的底壁贴合，楔块的第二侧壁、第四侧壁的一侧和第一球壳固定部预紧凹槽的两个侧壁对应贴合、另一侧和第二球壳固定部预紧凹槽的两个侧壁对应贴合；所述预紧螺杆分别和所述第一球壳、第二球壳的限位凹槽贴合；所述预紧螺母和所述预紧螺杆螺纹相连且分别和所述第一球壳固定部、第二球壳固定部的侧壁相抵，用于调整第一球壳固定部、第二球壳固定部之间的间距，使得第一球壳的壳面和第一横梁、第二横梁上的驱动足相抵，第二球壳的壳面和第三横梁、第四横梁上的驱动足相抵；

所述限位模块包含第一限位盖、第二限位盖；

所述第一限位盖、第二限位盖结构相同，均包含连接圆环和限位圆环，其中，所述连接圆环、限位圆环的内径相等，限位圆环的外径大于连接圆环的外径，且连接圆环、限位圆环同轴固连；

所述第一限位盖限位圆环的外壁和所述第一球壳壳面的限位孔过盈配合，第二限位盖限位圆环的外壁和所述第二球壳壳面的限位孔过盈配合，使得所述球形转子在转动时第一至第四横梁上的驱动足无法接触第一球壳、第二球壳之间的缝隙。

2.根据权利要求1所述的贴片式框架型定子多自由度超声电机，其特征在于，所述驱动足为横截面为等腰梯形的柱体，包含两个呈等腰梯形的端面、以及依次首位相连的第一至第四侧面；驱动足的第一侧面的面积小于其第三侧面；驱动足的第三侧面和驱动足所在横梁固连、两个端面分别和驱动足所在横梁的两侧共面。

3.根据权利要求1所述的贴片式框架型定子多自由度超声电机，其特征在于，所述第一至第八压电陶瓷片通过环氧树脂胶一一对应粘贴在所述第一至第四立柱八个外侧面的中心。

4.根据权利要求1所述的贴片式框架型定子多自由度超声电机，其特征在于，所述预紧螺母采用六角螺母。

5.基于权利要求1所述的贴片式框架型定子多自由度超声电机的激励方法，其特征在于，包含以下步骤：

球形转子的球心与定子的重心重合，令定子的重心为笛卡尔坐标原点，从第四立柱沿着第三横梁指向第一立柱的方向为X轴正方向，从第一立柱沿着第一横梁指向第二立柱的方向为Y轴正方向，沿着第一立柱朝上的方向为Z轴正方向；并令设置在X轴正向的两片压电陶瓷片细分为第一压电陶瓷片组、设置在X轴反向的两片压电陶瓷片细分为第二压电陶瓷片组、设置在Y轴正向的两片压电陶瓷片细分为第三压电陶瓷片组、设置在Y轴反向的两片压电陶瓷片细分为第四压电陶瓷片组；

如果需要驱动球形转子绕X轴旋转：

对第三压电陶瓷片组施加第一激励信号，对第四压电陶瓷片组施加第三激励信号，对第一压电陶瓷片组和第二压电陶瓷片组施加第二激励信号；

所述第一至第三激励信号均为同频幅值相等的交流谐波信号，其中，第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号π/2,第一激励信号在时间相位差上超前第三激励信号π，使得定子上同时产生一阶纵振模态和三阶弯振模态；通过一阶纵振模态和三阶弯振模态的耦合，使得定子的驱动足表面质点产生垂直于X轴的微幅椭圆运动，定子通过摩擦作用驱动球形转子绕X轴旋转；如果需要绕X轴反向旋转，改变第二激励信号，使得第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号-π/2即可；

如果需要驱动球形转子绕Y轴旋转：

对第一压电陶瓷片组施加第一激励信号，对第二压电陶瓷片组施加第三激励信号，对第三压电陶瓷片组和第四压电陶瓷片组施加第二激励信号；

所述第一至第三激励信号均为同频幅值相等的交流谐波信号，其中，第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号π/2,第一激励信号在时间相位差上超前第三激励信号π，使得定子上同时产生一阶纵振模态和三阶弯振模态；通过一阶纵振模态和三阶弯振模态的耦合，使得定子的驱动足表面质点产生垂直于Y轴的微幅椭圆运动，定子通过摩擦作用驱动球形转子绕Y轴旋转；如果需要绕Y轴反向旋转，改变第二激励信号，使得第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号-π/2即可；

如果需要驱动球形转子绕Z轴旋转：

对第一压电陶瓷片组施加第一激励信号，对第二压电陶瓷片组施加第三激励信号，对第三压电陶瓷片组施加第二激励信号，对第四压电陶瓷片组施加第四组激励信号；

所述第一至第四激励信号均为同频幅值相等的交流谐波信号，其中，第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号π/2,第一激励信号在时间相位差上超前第三激励信号π，第一激励信号在时间相位差上超前第四激励信号3π/2，使得定子上同时产生两个相互正交的三阶弯振模态；通过两个正交三阶弯振模态的耦合，使得定子的驱动足表面质点产生垂直于Z轴的微幅椭圆运动，定子通过摩擦作用驱动球形转子绕Z轴旋转；如果需要绕Z轴反向旋转，改变第二激励信号和第四信号，使得第一激励信号在时间相位差上超前第二激励信号-π/2，以及第一激励信号在时间相位差上超前第四激励信号-3π/2即可。