精密驱动技术在超精密加工制造、微纳操作及微纳装配、微电子等领域有着广泛的应用和需求。压电驱动器作为新型的精密驱动装置具有定位精度高、响应速度快、体积小和成本低等众多优点,近年来得到了深入研究。步进式压电驱动器兼有高步距分辨率和大行程的双重优点,针对传统步进式压电驱动器加工装配复杂,且只能实现一维直线运动的不足,本文设计了一种基于悬臂梁结构压电振子的两自由度步进式压电驱动器。首先对两自由度压电驱动器的致动原理进行了分析。本压电驱动器由两个纵弯复合型压电振子组成,驱动足位于振子末端,压电振子的上下弯曲运动用于带动驱动足进行上下箝位运动,压电振子的水平弯曲运动使驱动足实现一个方向驱动,压电振子的纵向伸缩运动则使驱动足实现另一个方向的驱动。对驱动器两个方向的驱动过程进行了分析,确定了一个周期内两个驱动足的动作时序,并由此规划了压电振子的激励信号时序。将驱动器等效为悬臂梁,利用压电方程推导了激励电压和驱动足输出位移的关系,并利用卡氏定理计算了压电振子驱动足处的刚度。为了研究驱动器的静态、动态特性,对驱动器进行有限元仿真分析。根据驱动原理确定的基本结构,利用ANSYS建立参数化的有限元模型。分析了陶瓷极化分区对驱动足输出位移的影响,确定了陶瓷布置方式。研究了法兰结构对驱动足位移的影响,避免了驱动器弯曲变形对压电叠堆的偏载效应。分析了陶瓷外径对驱动足位移的影响和刚度的变化情况,并与所建的理论模型进行了对比分析。通过模态分析确定了驱动器的工作频率范围。利用瞬态分析,获得了驱动器各个部分施加不同激励电压时,驱动足在对应方向上的瞬态位移响应。按照规划的激励信号时序,对各相施加一个周期以上的激励信号,得到驱动器在两个方向上驱动时驱动足的空间运动轨迹。根据理论和仿真分析确定的压电驱动器基本构型和结构参数,进行试验样机和平台的制作,并搭建了相应的实验测试系统。首先对驱动器的刚度进行了测试,得到驱动足在箝位方向刚度为8.3N/μm。分别对驱动器的竖直弯曲陶瓷、水平弯曲陶瓷和压电叠堆施加不同激励电压,得到了驱动器自身的动态响应特性。对驱动器的输出特性进行了测试:通过改变竖直箝位电压幅值,得到平台两个方向在不同箝位电压下的位移输出,并由此得到箝位电压速度曲线;通过改变水平弯曲电压和纵向叠堆电压,得到平台两个方向在不同驱动电压下的位移输出,得到两个方向的最小驱动步距分别为0.1μm和0.2μm,并得到了驱动电压-速度曲线;通过改变驱动频率得到了两个方向的频率-速度曲线,一个方向最大速度为1010μm/s,另一个方向最大速度为274.1μm/s,并通过改进电压时序,将其速度提高到382.6μm/s;通过改变驱动负载,得到了两个方向的负载-速度曲线;测试了驱动器在一个方向上驱动时,对平台在另一方向运动的耦合影响。