超精密加工与测量、精密光学工程、生物工程与现代医学、微机械加工与装配、航空航天等高尖端领域的迅速发展对微纳定位系统的性能提出了定位精度高、频响快、能耗低、重量轻、体积小等特性要求。然而传统的机械驱动器已日渐无法满足精密驱动定位的需要,具有纳米级定位精度、毫米级运动行程的跨尺度纳米驱动器逐渐发展成为纳米尺度操作不可或缺的关键装置。其中基于生物仿生技术的压电式尺蠖驱动器兼顾了大行程与高分辨率的特点,可以满足许多微纳工程领域对高精度、大输出力、大行程的要求。然而现有压电式尺蠖驱动器普遍存在结构设计与时序电路复杂等问题,这对驱动器结构的简化以及驱动速度的提升提出了一系列挑战。此外,针对尺蠖驱动器的理论研究还仅停留在柔性机构的设计与优化上,对其主要输出性能如承载能力与步长的建模仍有待完善。针对上述问题与挑战,本文基于传统柔性机构设计了互补型尺蠖驱动器,并对其进行了结构设计与仿真,理论建模与分析,性能测试与探究。主要研究内容如下:为简化驱动器的结构与时序电路,设计了双通道信号驱动的互补型尺蠖驱动器,降低了驱动器的装配难度。通过将柔性机构的输出位移与寄生位移分别用于驱动器的驱动与箝位,有效实现了新型尺蠖驱动器的双压电驱动,为新型压电尺蠖驱动器的设计提供了新思路。考虑到柔性机构机械特性对驱动器步长、承载能力的影响,利用ANSYS仿真软件对柔性机构的刚度以及机械强度进行了有限元仿真分析,从而验证了结构设计的可靠性。为满足大行程,高分辨率的应用需求,基于柔度矩阵法建立了柔性放大机构的伪刚体模型,并利用有限元的方法对其进行仿真分析验证。在此基础上,进一步建立了箝位预紧位移与柔性机构放大比的数学模型;考虑到预紧机构对驱动器承载能力的影响,分析了预紧位移与箝位力之间的关系,实现了驱动器承载能力的提升;另建立了驱动器步长、运动方向与子步长之间的数学模型,实现了对驱动步长的精确预测。进一步考虑到大箝位力,变速驱动在高承载力、快速定位系统中的应用,针对互补型尺蠖驱动器的特性,提出了基于时序信号的变步长、变承载力控制策略。建立了驱动器步长与时序信号的数学模型,实现了可控双向变步长运动。同时,建立了箝位力与时序信号的数学模型,避免了因变时序造成的承载力损失,为驱动器性能的优化提供了新途径。最后,在已有的驱动原理、仿真及理论设计分析基础上,加工了仿生压电式尺蠖驱动器的实验样机,搭建了整套实验测试系统,对其输出性能进行系统性的实验与探究。包括其基本输出特性的性能测试,以及基于时序信号的变步长、变承载力性能测试。实验结果表明所设计的尺蠖驱动器在具有良好的运动分辨率、承载能力和运动稳定性的同时兼具变步长与变承载力特性,对具有变速、大承载力特性的双压电尺蠖驱动器的设计具有指导意义。