随着科技的发展,精密机械与高端设备对驱动装置提出了微小型化和高精度的要求。基于压电技术发展起来的多自由度压电电机具有高机械集成度、便捷驱动方式、高位移分辨率、不受电磁干扰以及多样化的运动输出等优势,在精密光学仪器、医疗设备、微型机器人等驱动装置中有着广泛的应用前景。然而,现有多自由度压电电机定子的复杂程度成为其微小型化的主要障碍。本课题利用环梁结构夹持球形转子的结构形式,在梁端设置压电单元,无需对压电单元进行分区,达到精简机构的目的,为球形电机的微小型化奠定了基础。主要研究内容包括:1、针对多数环状定子型多自由度球形压电电机因环形压电陶瓷需极化分区导致的难以小型化等问题,提出了一种双梁式多自由度球形压电电机。该电机采用单振子激发多模态,通过两个结构相同的振子激励出两个频率相近的工作模态,在共同作用下驱动球转子做多自由度运动。2、针对加工和装配误差导致上述电机存在模态混叠的问题,设计了一种四梁式多自由度球形压电电机。该电机利用单振子激励单模态,可避免工作模态间相互影响。由双振子和球形转子构成三明治结构的电机,方便预压力的施加和调整。3、加工制作了四梁式球形压电电机的原理样机。实验表明,可实现两个自由度的运动;启停时间为毫秒级,响应速度快;转速在一定范围内与驱动电压成正比,调速方便;当驱动电压200V_pp时,角位移分辨率达到500μrad,有望应用于高端装备和精密驱动领域。