该文研究以柔性铰链为弹性导轨,压电、电致伸缩微位移器为驱动器的三维一体化超微定位理论和技术,设计并研制三维一体化超微定位机构,并结合现代传感技术、自动控制技术研制数字闭环控制的三维一体化超微定位系统.该文创造性的工作主要包括以下几个方面:1.在全面分析超微定位技术发展现状的基础上,指出以柔性铰链为弹性导轨,压电、电致伸缩微位移器为驱动器是实现纳米分辨力超微定位的有效方法,提出三维一体化超微定位的构思;2.建立了三维一体化柔性铰链超微定位机构的设计理论;3.提出了双柔性平行四杆结构和柔性八杆对称联动结构,作为三维一体化超微定位机构的运动导向机构,建立了其力学模型,给出了运动刚度的基本设计计算公式;4.从理论上分析了压电、电致伸缩微位移器存在的迟滞、蠕变等压电误差产生的原因,为有效地消除或减少压电误差奠定了基础;5.根据建立的三维一体化柔性铰链超微定位机构的设计理论,以柔性铰链支承的双柔性平行四杆结构、柔性八杆对称联动结构为运动导向机构,提出并研制了一种结构新颖的三维一体化超微定位工作台,给出其运动模型和传递函数,对其固有频率进行了理论分析和计算,对工作台几何误差进行了分析;6.提出了三维一体化柔性铰链超微定位机构优化设计方法,并给出了超微定位工作台材料的选择要求;7.提出了一套保证三维一体化超微定位工作台加工精度的加工工艺方法,并给出了超微定位工作台材料的选择要求;8.提出并研制了数字闭环控制三维一体化超微定位系统,引入数字PID调节器提高系统的稳态定位精度和动态响应速度;9.提出并设计了用于三维一体化超微定位机构的两级被动隔振系统,以提高超微定位系统抗外界振动干扰的能力.该文研究所建立的三维一体化柔性铰链微定位机构设计理论,对柔性铰链超微定位机构的设计具有指导意义,所研制的三维一体化超微定位系统,不仅能与STM构成操作系统对原子进行操作,同时在光学工程、集成电路制造、微细加工等领域有着广泛的应用前景.