CN114670083B - 一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台，由位移输出模块与四个旋转作动器组成；位移输出模块由球铰支座、旋转半球、柱型支撑杆、三自由度限位支架、定位圆盘构成；四个旋转作动器以90°对称分布，固定在定位圆盘上，包括两个相对布置的水平旋转作动器和竖直旋转作动器；旋转作动器通过菱形环推动助推圆环套将直线位移转换为旋转位移，再通过滚珠丝杠将旋转位移转为直线位移，各部件精密嵌套环环相扣，保证传动精确；助推圆环套与定位圆环套将滚珠丝杠压紧，防止螺母在传递运动时产生直线位移；本发明以压电陶瓷为驱动机构，通过快速切割磁感线产生感应电流，进而非接触控制圆环承载平台输出微小位移，传动效率高，输出位移精确。

Description

一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台
背景技术
传统作动器在工作过程中，接触表面会不可避免的发生磨损，改变摩擦接触的物理力学特性，从而改变作动器的输出特性和导致作动器失效。传统直线式惯性压电作动器的摩擦副所拥有的时变性，影响了惯性式作动器的高平稳度和高精度。
科学和工程领域的技术进步使研究人员着力于开发具有高精度和精密度的微型化设备和***，对于光学镜片弧度、光滑度的要求愈来愈高，因此迫切需要输出精确旋转位移的承载平台，以搭载磨制工具对镜片进行加工，然而相关领域发明处于空缺状态，目前投入使用的装置难以满足需求。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台，以压电陶瓷为驱动机构，基于楞次定律，通过快速切割磁感线产生感应电流，进而非接触控制圆环承载平台输出微小位移，传动效率高，输出位移精确，断电锁止。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台，由位移输出模块1与四个旋转作动器2组成；位移输出模块1由球铰支座1-1、旋转半球1-2、柱型支撑杆1-3、三自由度限位支架1-4、定位圆盘1-5构成，旋转半球1-2为一不良磁导体薄半球壳，过球心加工有竖直通孔，上端为可承载的圆环平面，底面加工削为平面，旋转半球1-2空心区域上方布置有倒置的球铰支座1-1，端面在上芯轴在下，球铰支座1-1芯轴向下引出多根对称分布支腿，与旋转半球1-2内球面紧贴，以增强运动稳定性，球铰支座1-1端面与穿过旋转半球1-2竖直通孔的柱型支撑杆1-3固接，柱型支撑杆1-3半径小于旋转半球1-2竖直通孔，下端穿过三自由度限位支架1-4并与其静端面固接，三自由度限位支架1-4固定在定位圆盘1-5中央，三条相同的柔性铰链以120°对称分布，两端分别与动、静端面相连；
四个旋转作动器2以90°对称分布，固定在定位圆盘1-5上，包括两个相对布置的水平旋转作动器2A和两个相对布置的竖直旋转作动器2B；水平旋转作动器2A的滚珠丝杠2-4轴向平行于定位圆盘1-5，两个水平旋转作动器2A关于定位圆盘1-5中心对称；竖直旋转作动器2B的滚珠丝杠2-4轴向垂直于定位圆盘1-5，两个竖直旋转作动器2B关于柱型支撑杆1-3镜像对称。
所述水平旋转作动器2A和竖直旋转作动器2B的组成结构相同，由永磁体2-1、柱型夹具2-2、定位圆环套2-3、滚珠丝杠2-4、助推圆环套2-5、圆柱滚子轴承2-6、定位底座2-7、压电陶瓷2-8和菱形环2-9构成，滚珠丝杠2-4的丝杆穿过柱型夹具2-2、定位圆环套2-3与助推圆环套2-5的中心圆孔，柱型夹具2-2中心通孔紧锁在滚珠丝杠2-4的丝杆上，侧面夹持永磁体2-1，柱型夹具2-2下方同心位置布置有定位圆环套2-3，定位圆环套2-3固定在滚珠丝杠2-4螺母的上表面，滚珠丝杠2-4螺母的下端嵌套在助推圆环套2-5的内环中，助推圆环套2-5下端与圆柱滚子轴承2-6配合，嵌套在定位底座2-7的定位通孔中，定位底座2-7上端面固定有菱形环2-9，菱形环2-9长轴侧面加工有凸起的矩形切面，与助推圆环套2-5的外环相切，长轴内部过盈配合有压电陶瓷2-8；所述水平旋转作动器2A的菱形环2-9位于助推圆环套2-5的下侧，所述竖直旋转作动器2B的菱形环2-9位于助推圆环套2-5的外侧。
所述水平旋转作动器2A的作动方法，通过压电陶瓷2-8电压控制实现永磁体2-1的作动：对压电陶瓷2-8由零电压增大到满行程电压，压电陶瓷2-8水平方向伸长，推动菱形环2-9沿长轴方向伸长，短轴方向收缩，矩形切面回退，由于与助推圆环套2-5的外环相切，推动助推圆环套2-5逆时针方向旋转，滚珠丝杠2-4螺母同步旋转，使得滚珠丝杠2-4丝杆做水平直线回退运动，带动与丝杆连接的柱型夹具2-2及永磁体2-1做水平直线回退运动；对压电陶瓷2-8由满行程电压降低到零电压，压电陶瓷2-8水平收缩，菱形环2-9沿长轴方向收缩，短轴方向伸长，矩形切面进给，使得助推圆环套2-5与滚珠丝杠2-4螺母沿顺时针方向旋转，丝杆、柱型夹具2-2及永磁体2-1做水平直线进给运动；根据控制电压变化快慢，永磁体2-1能进行迅速或缓慢的水平直线运动；竖直旋转作动器2B的作动方法，通过压电陶瓷2-8电压控制实现永磁体2-1的作动：对压电陶瓷2-8由零电压增大到满行程电压，压电陶瓷2-8竖直伸长，推动菱形环2-9沿长轴方向伸长，短轴方向收缩，矩形切面回退，由于与助推圆环套2-5的外环相切，推动助推圆环套2-5逆时针方向旋转，滚珠丝杠2-4螺母同步旋转，使得滚珠丝杠2-4丝杆做竖直直线回退运动，带动与丝杆连接的柱型夹具2-2及永磁体2-1做竖直直线回退运动；对压电陶瓷2-8由满行程电压降低到零电压，压电陶瓷2-8竖直收缩，菱形环2-9沿长轴方向收缩，短轴方向伸长，矩形切面进给，使得助推圆环套2-5与滚珠丝杠2-4螺母沿顺时针方向旋转，丝杆、柱型夹具2-2及永磁体2-1做竖直直线进给运动；根据控制电压变化快慢，永磁体2-1能进行迅速或缓慢的竖直直线运动；
所述位移输出模块1的作动方法为，当两个水平旋转作动器2A的压电陶瓷2-8受电压信号控制，带动永磁体2-1做水平方向快速进给、缓慢回退运动时，由于永磁体2-1缓慢回退时产生的感应电流小，相比进给运动忽略不计，永磁体2-1快速接近旋转半球1-2，由于旋转半球1-2为不良磁导体，表面磁通量发生变化，产生感应电流，根据楞次定律，感应电流产生的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，因此旋转半球1-2周向受到永磁体2-1水平进给方向的力，产生水平方向切向运动趋势，旋转半球1-2的实际运动为绕柱型支撑杆1-3顺时针旋转；当两个水平旋转作动器2A的压电陶瓷2-8受电压信号控制，带动永磁体2-1做水平方向缓慢进给、快速回退运动时，旋转半球1-2实际运动为绕柱型支撑杆1-3逆时针旋转；当竖直旋转作动器2B的压电陶瓷2-8受电压信号控制，带动其中一个竖直旋转作动器2B的永磁体2-1做竖直方向快速进给、缓慢回退运动，另一个竖直旋转作动器2B的永磁体2-1做竖直方向快速回退、缓慢进给运动时，根据楞次定律，旋转半球1-2球面两侧分别受到竖直向上与向下的力，在正视视角旋转半球1-2表面两端分别产生向上与向下的运动趋势，实际运动为绕球铰支座1-1中心的翻转运动，时针运动方向与两竖直旋转作动器2B的作动状况有关；当四个旋转作动器2同时作动时，旋转半球1-2做以球铰支座1-1为球心的三自由度精确旋转运动。
两个水平旋转作动器2A和竖直旋转作动器2B的永磁体2-1上靠近旋转半球1-2的面为斜面。
所述位移输出模块1中，球铰支座1-1端面、柱型支撑杆1-3与定位圆盘1-5固接，作动中始终保持静止；柱型支撑杆1-3为中空结构，上端加工有多个矩形开口槽，方便球铰支座1-1的支腿***，下端为圆台以降低重心；球铰支座1-1的芯轴能在柱型支撑杆1-3内转动，带动多根支腿转动；在运动过程中支腿随旋转半球1-2运动，牢固的抓取以确保旋转半球1-2不产生偏离柱型支撑杆1-3的运动，保持运动稳定；三自由度限位支架1-4通过对称分布的柔性铰链为旋转半球1-2提供多方向初始刚度，抵抗静态时扰动；旋转半球1-2运动中维持稳定，断电时保持静止，实现断电锁止。
所述水平旋转作动器2A和竖直旋转作动器2B的永磁体2-1位于以球铰支座1-1中心为球心的同一球面上，与旋转半球1-2面相切，使得切割磁感线产生的感应电流最大，确保运动过程中永磁体2-1端面到旋转半球1-2面的距离保持稳定。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1)、旋转作动器2通过菱形环2-9推动助推圆环套2-5将直线位移转换为旋转位移，再通过滚珠丝杠2-4将旋转位移转为直线位移，各部件精密嵌套环环相扣，保证传动精确；助推圆环套2-5与定位圆环套2-3将滚珠丝杠2-4压紧，防止螺母在传递运动时产生直线位移，提高了转动效率。
2)、通过电压信号控制旋转作动器2的压电陶瓷2-8，带动永磁体2-1做进给与回退运动，使得旋转半球1-2受到非接触力，实现对旋转半球1-2的非接触式控制，进行三旋转自由度的运动，能量损耗与器件磨损较低；由于驱动元件为压电陶瓷2-8，输出位移较小，输出频率高，因此承载平面做微小快速的旋转运动，适用于镜面光滑度调整等精密使用。
3)、整体结构紧凑，布局对称，四个旋转作动器2的永磁体2-1位于以球铰支座1-1中心为球心的同一球面上，与旋转半球1-2面相切，使得切割磁感线产生的感应电流最大，确保运动过程中永磁体2-1端面到旋转半球1-2面的距离保持稳定；由于旋转半球1-2的运动轨迹也为同一球心球面，且半径略小，因此在运动中避免旋转半球误触到旋转作动器。
4)、三自由度限位支架1-4充分利用自身柔性铰链弹性变形改善机构的运动性能,实现柔顺机构运动和力的传递和转换，柔性铰链通过弹性变形可提供x、y、z三个自由度的初始刚度，实现位移输出模块静态锁止；采用的柔性铰链振动频率与作动器有较大差异，避免位移输出模块产生共振耦合。
附图说明
图1为非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台整体示意图。
图2为非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台的旋转作动器***图。
图3为非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台的位移输出模块***图。
图4为非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台的三自由度限位支架侧视图。
图5为非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台位移输出模块部分装置与作动器装配俯视示意图。
图6为非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台的球铰支座示意图。
图7为非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台绕柱型支撑杆时针旋转运动示意图。
图8为非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台绕球铰支座中心翻转运动示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1、图5和图2所示，本发明一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台，由位移输出模块1与四个旋转作动器2组成，四个旋转作动器2以90°对称分布，固定在定位圆盘1-5上，其组成结构相同，旋转作动器2由永磁体2-1、柱型夹具2-2、定位圆环套2-3、滚珠丝杠2-4、助推圆环套2-5、圆柱滚子轴承2-6、定位底座2-7、压电陶瓷2-8和菱形环2-9构成，滚珠丝杠2-4的丝杆穿过柱型夹具2-2、定位圆环套2-3与助推圆环套2-5的中心圆孔，这些部件的中心都位于同一直线，柱型夹具2-2中心通孔通过螺纹紧锁在滚珠丝杠2-4的丝杆上，侧面通过螺栓定位夹持永磁体2-1，柱型夹具2-2下方同心位置布置有定位圆环套2-3，定位圆环套2-3通过螺钉固定在滚珠丝杠2-4螺母的上表面，滚珠丝杠2-4螺母的下端嵌套在助推圆环套2-5的内环中，助推圆环套2-5下端与圆柱滚子轴承2-6配合，嵌套在定位底座2-7的定位通孔中，定位底座2-7上端面通过螺纹固定菱形环2-9，菱形环2-9长轴侧面加工有凸起的矩形切面，与助推圆环套2-5的外环相切，长轴内部过盈配合有压电陶瓷2-8。所述水平旋转作动器2A的菱形环2-9位于助推圆环套2-5的下侧，所述竖直旋转作动器2B的菱形环2-9位于助推圆环套2-5的外侧。
如图3所示，位移输出模块1由球铰支座1-1、旋转半球1-2、柱型支撑杆1-3、三自由度限位支架1-4、定位圆盘1-5构成，旋转半球1-2为一不良磁导体薄半球壳，过球心加工有竖直通孔，上端为可承载的圆环平面，底面加工削为平面，旋转半球1-2空心区域上方布置有倒置的球铰支座1-1，如图6所示，端面在上芯轴在下，球铰支座1-1芯轴向下引出三根对称分布支腿，与旋转半球1-2内球面紧贴，以增强运动稳定性，球铰支座1-1端面与穿过旋转半球1-2竖直通孔的柱型支撑杆1-3固接，柱型支撑杆1-3半径略小于旋转半球1-2竖直通孔，下端穿过三自由度限位支架1-4并与其静端面固接，三自由度限位支架1-4固定在定位圆盘1-5中央，三条相同的柔性铰链以120°对称分布，两端分别与动、静端面相连。
如图1所示，水平旋转作动器2A的滚珠丝杠2-4轴向平行于定位圆盘1-5，两个水平旋转作动器2A关于定位圆盘1-5中心对称，永磁体2-1上靠近旋转半球1-2的面为斜面，竖直旋转作动器2B的滚珠丝杠2-4轴向垂直于定位圆盘1-5，两个竖直旋转作动器2B关于柱型支撑杆1-3镜像对称，永磁体2-1上靠近旋转半球1-2的面为斜面。
如图3所示，一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台，位移输出模块1中，球铰支座1-1端面、柱型支撑杆1-3与定位圆盘1-5固接，作动中始终保持静止；柱型支撑杆1-3为中空结构，上端加工有三个矩形开口槽，方便球铰支座1-1的支腿***，下端为圆台以降低重心；球铰支座1-1的芯轴可在柱型支撑杆1-3内转动，带动三根支腿转动；在运动过程中支腿随旋转半球1-2运动，较为牢固的抓取以确保旋转半球1-2不产生偏离柱型支撑杆1-3的运动，保持运动稳定；如图4所示，三自由度限位支架1-4通过对称分布的柔性铰链为旋转半球1-2提供多方向初始刚度，抵抗静态时扰动；位移输出模块1的其他装置使旋转半球1-2运动中维持稳定，断电时保持静止，实现断电锁止。
如图2所示，一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台，其水平旋转作动器2A的作动方法，通过压电陶瓷2-8电压控制实现永磁体2-1的作动：对压电陶瓷2-8由零电压增大到满行程电压，压电陶瓷2-8水平方向伸长，推动菱形环2-9沿长轴方向伸长，短轴方向收缩，矩形切面回退，由于与助推圆环套2-5的外环相切，推动助推圆环套2-5逆时针方向旋转，滚珠丝杠2-4螺母同步旋转，使得滚珠丝杠2-4丝杆做水平直线回退运动，带动与丝杆连接的柱型夹具2-2及永磁体2-1做水平直线回退运动；对压电陶瓷2-8由满行程电压降低到零电压，压电陶瓷2-8水平收缩，菱形环2-9沿长轴方向收缩，短轴方向伸长，矩形切面进给，使得助推圆环套2-5与滚珠丝杠2-4螺母沿顺时针方向旋转，丝杆、柱型夹具2-2及永磁体2-1做水平直线进给运动；根据控制电压变化快慢，永磁体2-1能进行迅速或缓慢的水平直线运动；竖直旋转作动器2B的作动方法，通过压电陶瓷2-8电压控制实现永磁体2-1的作动：对压电陶瓷2-8由零电压增大到满行程电压，压电陶瓷2-8竖直伸长，推动菱形环2-9沿长轴方向伸长，短轴方向收缩，矩形切面回退，由于与助推圆环套2-5的外环相切，推动助推圆环套2-5逆时针方向旋转，滚珠丝杠2-4螺母同步旋转，使得滚珠丝杠2-4丝杆做竖直直线回退运动，带动与丝杆连接的柱型夹具2-2及永磁体2-1做竖直直线回退运动；对压电陶瓷2-8由满行程电压降低到零电压，压电陶瓷2-8竖直收缩，菱形环2-9沿长轴方向收缩，短轴方向伸长，矩形切面进给，使得助推圆环套2-5与滚珠丝杠2-4螺母沿顺时针方向旋转，丝杆、柱型夹具2-2及永磁体2-1做竖直直线进给运动；根据控制电压变化快慢，永磁体2-1能进行迅速或缓慢的竖直直线运动。
如图1和图3所示，一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台，其位移输出模块1的作动方法为，当两个水平旋转作动器2A的压电陶瓷2-8受电压信号控制，带动永磁体2-1做水平方向快速进给、缓慢回退运动时，由于永磁体2-1缓慢回退时产生的感应电流较小，相比进给运动可忽略不计，永磁体2-1快速接近旋转半球1-2，由于旋转半球1-2为不良磁导体，表面磁通量发生变化，产生感应电流，根据楞次定律，感应电流产生的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，因此旋转半球1-2周向受到永磁体2-1水平进给方向的力，产生水平方向切向运动趋势，如图7所示，旋转半球1-2的实际运动为绕柱型支撑杆1-3顺时针旋转；当两个水平旋转作动器2A的压电陶瓷2-8受电压信号控制，带动永磁体2-1做水平方向缓慢进给、快速回退运动时，旋转半球1-2实际运动为绕柱型支撑杆1-3逆时针旋转；当竖直旋转作动器2B的压电陶瓷2-8受电压信号控制，带动其中一个竖直旋转作动器2B的永磁体2-1做竖直方向快速进给、缓慢回退运动，另一个竖直旋转作动器2B的永磁体2-1做竖直方向快速回退、缓慢进给运动时，根据楞次定律，旋转半球1-2球面两侧分别受到竖直向上与向下的力，如图8所示，在正视视角旋转半球1-2表面两端分别产生向上与向下的运动趋势，实际运动为绕球铰支座1-1中心的翻转运动，时针运动方向与两竖直旋转作动器2B的作动状况有关；当四个旋转作动器2同时作动时，旋转半球1-2做以球铰支座1-1为球心的三自由度精确旋转运动。

Claims (6)

1.一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台，其特征在于：由位移输出模块（1）与四个旋转作动器（2）组成；位移输出模块（1）由球铰支座（1-1）、旋转半球（1-2）、柱型支撑杆（1-3）、三自由度限位支架（1-4）、定位圆盘（1-5）构成，旋转半球（1-2）为一不良磁导体薄半球壳，过球心加工有竖直通孔，上端为可承载的圆环平面，底面切削为平面，旋转半球（1-2）空心区域上方布置有倒置的球铰支座（1-1），端面在上芯轴在下，球铰支座（1-1）芯轴向下引出多根对称分布支腿，与旋转半球（1-2）内球面紧贴，以增强运动稳定性，球铰支座（1-1）端面与穿过旋转半球（1-2）竖直通孔的柱型支撑杆（1-3）固接，柱型支撑杆（1-3）半径小于旋转半球（1-2）竖直通孔，下端穿过三自由度限位支架（1-4）并与其静端面固接，三自由度限位支架（1-4）固定在定位圆盘（1-5）中央，三条相同的柔性铰链以120°对称分布，两端分别与动、静端面相连；
四个旋转作动器（2）以90°对称分布，固定在定位圆盘（1-5）上，包括两个相对布置的水平旋转作动器（2A）和两个相对布置的竖直旋转作动器（2B）；水平旋转作动器（2A）的滚珠丝杠（2-4）轴向平行于定位圆盘（1-5），两个水平旋转作动器（2A）关于定位圆盘（1-5）中心对称；竖直旋转作动器（2B）的滚珠丝杠（2-4）轴向垂直于定位圆盘（1-5），两个竖直旋转作动器（2B）关于柱型支撑杆（1-3）镜像对称。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台，其特征在于：所述水平旋转作动器（2A）和竖直旋转作动器（2B）的组成结构相同，由永磁体（2-1）、柱型夹具（2-2）、定位圆环套（2-3）、滚珠丝杠（2-4）、助推圆环套（2-5）、圆柱滚子轴承（2-6）、定位底座（2-7）、压电陶瓷（2-8）和菱形环（2-9）构成，滚珠丝杠（2-4）的丝杆穿过柱型夹具（2-2）、定位圆环套（2-3）与助推圆环套（2-5）的中心圆孔，柱型夹具（2-2）中心通孔紧锁在滚珠丝杠（2-4）的丝杆上，侧面夹持永磁体（2-1），柱型夹具（2-2）下方同心位置布置有定位圆环套（2-3），定位圆环套（2-3）固定在滚珠丝杠（2-4）螺母的上表面，滚珠丝杠（2-4）螺母的下端嵌套在助推圆环套（2-5）的内环中，助推圆环套（2-5）下端与圆柱滚子轴承（2-6）配合，嵌套在定位底座（2-7）的定位通孔中，定位底座（2-7）上端面固定有菱形环（2-9），菱形环（2-9）长轴侧面加工有凸起的矩形切面，与助推圆环套（2-5）的外环相切，长轴内部过盈配合有压电陶瓷（2-8）；所述水平旋转作动器（2A）的菱形环（2-9）位于助推圆环套（2-5）的下侧，所述竖直旋转作动器（2B）的菱形环（2-9）位于助推圆环套（2-5）的外侧。
3.根据权利要求2所述的一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台，其特征在于：水平旋转作动器（2A）的作动方法，通过压电陶瓷（2-8）电压控制实现永磁体（2-1）的作动：对压电陶瓷（2-8）由零电压增大到满行程电压，压电陶瓷（2-8）水平方向伸长，推动菱形环（2-9）沿长轴方向伸长，短轴方向收缩，矩形切面回退，由于与助推圆环套（2-5）的外环相切，推动助推圆环套（2-5）逆时针方向旋转，滚珠丝杠（2-4）螺母同步旋转，使得滚珠丝杠（2-4）丝杆做水平直线回退运动，带动与丝杆连接的柱型夹具（2-2）及永磁体（2-1）做水平直线回退运动；对压电陶瓷（2-8）由满行程电压降低到零电压，压电陶瓷（2-8）水平收缩，菱形环（2-9）沿长轴方向收缩，短轴方向伸长，矩形切面进给，使得助推圆环套（2-5）与滚珠丝杠（2-4）螺母沿顺时针方向旋转，丝杆、柱型夹具（2-2）及永磁体（2-1）做水平直线进给运动；根据控制电压变化快慢，永磁体（2-1）能进行迅速或缓慢的水平直线运动；竖直旋转作动器（2B）的作动方法，通过压电陶瓷（2-8）电压控制实现永磁体（2-1）的作动：对压电陶瓷（2-8）由零电压增大到满行程电压，压电陶瓷（2-8）竖直伸长，推动菱形环（2-9）沿长轴方向伸长，短轴方向收缩，矩形切面回退，由于与助推圆环套（2-5）的外环相切，推动助推圆环套（2-5）逆时针方向旋转，滚珠丝杠（2-4）螺母同步旋转，使得滚珠丝杠（2-4）丝杆做竖直直线回退运动，带动与丝杆连接的柱型夹具（2-2）及永磁体（2-1）做竖直直线回退运动；对压电陶瓷（2-8）由满行程电压降低到零电压，压电陶瓷（2-8）竖直收缩，菱形环（2-9）沿长轴方向收缩，短轴方向伸长，矩形切面进给，使得助推圆环套（2-5）与滚珠丝杠（2-4）螺母沿顺时针方向旋转，丝杆、柱型夹具（2-2）及永磁体（2-1）做竖直直线进给运动；根据控制电压变化快慢，永磁体（2-1）能进行迅速或缓慢的竖直直线运动；
位移输出模块（1）的作动方法为，当两个水平旋转作动器（2A）的压电陶瓷（2-8）受电压信号控制，带动永磁体（2-1）做水平方向快速进给、缓慢回退运动时，由于永磁体（2-1）缓慢回退时产生的感应电流小，相比进给运动忽略不计，永磁体（2-1）快速接近旋转半球（1-2），由于旋转半球（1-2）为不良磁导体，表面磁通量发生变化，产生感应电流，根据楞次定律，感应电流产生的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，因此旋转半球（1-2）周向受到永磁体（2-1）水平进给方向的力，产生水平方向切向运动趋势，旋转半球（1-2）的实际运动为绕柱型支撑杆（1-3）顺时针旋转；当两个水平旋转作动器（2A）的压电陶瓷（2-8）受电压信号控制，带动永磁体（2-1）做水平方向缓慢进给、快速回退运动时，旋转半球（1-2）实际运动为绕柱型支撑杆（1-3）逆时针旋转；当竖直旋转作动器（2B）的压电陶瓷（2-8）受电压信号控制，带动其中一个竖直旋转作动器（2B）的永磁体（2-1）做竖直方向快速进给、缓慢回退运动，另一个竖直旋转作动器（2B）的永磁体（2-1）做竖直方向快速回退、缓慢进给运动时，根据楞次定律，旋转半球（1-2）球面两侧分别受到竖直向上与向下的力，在正视视角旋转半球（1-2）表面两端分别产生向上与向下的运动趋势，实际运动为绕球铰支座（1-1）中心的翻转运动，时针运动方向与两竖直旋转作动器（2B）的作动状况有关；当四个旋转作动器（2）同时作动时，旋转半球（1-2）做以球铰支座（1-1）为球心的三自由度精确旋转运动。
4.根据权利要求2所述的一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台，其特征在于：两个水平旋转作动器（2A）和竖直旋转作动器（2B）的永磁体（2-1）上靠近旋转半球（1-2）的面为斜面。
5.根据权利要求1所述的一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台，其特征在于：位移输出模块（1）中，球铰支座（1-1）端面、柱型支撑杆（1-3）与定位圆盘（1-5）固接，作动中始终保持静止；柱型支撑杆（1-3）为中空结构，上端加工有多个矩形开口槽，方便球铰支座（1-1）的支腿***，下端为圆台以降低重心；球铰支座（1-1）的芯轴能在柱型支撑杆（1-3）内转动，带动多根支腿转动；在运动过程中支腿随旋转半球（1-2）运动，牢固的抓取以确保旋转半球（1-2）不产生偏离柱型支撑杆（1-3）的运动，保持运动稳定；三自由度限位支架（1-4）通过对称分布的柔性铰链为旋转半球（1-2）提供多方向初始刚度，抵抗静态时扰动；旋转半球（1-2）运动中维持稳定，断电时保持静止，实现断电锁止。
6.根据权利要求1所述的一种非接触式驱动三旋转自由度位移输出的承载平台，其特征在于：所述水平旋转作动器（2A）和竖直旋转作动器（2B）的永磁体（2-1）位于以球铰支座（1-1）中心为球心的同一球面上，与旋转半球（1-2）面相切，使得切割磁感线产生的感应电流最大，确保运动过程中永磁体（2-1）端面到旋转半球（1-2）面的距离保持稳定。
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