本发明公开了一种高真空环境下的三维移动机构，包括水平导轨、垂直导轨、水平小车、垂直小车、两根水平传动轴和一根垂直传动轴、一根水平丝杆和一根垂直丝杆、锥齿轮组、蜗杆及三台步进计数电机等。该三维移动机构实现了三维大范围立体测量，并由位置计数电机完成记录。三台电机都放在真空舱外侧，通过法兰引入。在每根丝杆和轴前都设计了蜗杆，允许适当的挠度变形和安装不同轴度。水平小车和垂直小车都采用高、低轮自动夹紧结构，使小车在导轨上移动更平稳。通过改变安装在垂直小车上的齿轮组的安装位置或齿轮组形式，可实现传感器挂架沿三种不同的轴线转动，进一步体现了三维大范围测量的能力。