微型仿生扑翼机器人是一种模仿自然界中可飞行鸟类或者昆虫的气动原理,通过翅膀规律性地拍动以实现飞行。相对于传统固定翼类与旋翼类,微型仿生扑翼机器人具备飞行机动性强、质量轻便、伪装性好、较低噪声和较低能耗等优点,非常适合在伪装侦查、自然环境检测和反恐军事作战等相关领域的应用。现有微型扑翼机器人大多为体型较大的仿鸟机器人及实用性不强的仿昆虫机器人,对柔性翅翼气动理论及飞行参数的研究尚不完善,缺乏完备的样机研制流程。本文充分地对柔性翅翼的柔性气动理论及参数进行建模与分析,设计一台质量约为50g的微型仿鸟机器人机械样机,并设计了微型扑翼控制器系统与上位机监测系统,并进行试飞实验,论证了系统设计的正确性。针对微型仿鸟扑翼机器人的机械设计需求,建立一种柔性翅翼的动力学模型并分析飞行参数对气动力的影响。将非定常气动环境下的叶素理论与平面柔性变形翼的特征相融合,计算飞行所需的气动升力与推力;改变飞行迎角、翅膀柔性幅值、扑动频率、振幅与飞行初速度等飞行参数,分析了各指标对气动力的影响规律;利用儒科夫斯基理论建立了三角形尾翼的气动力模型并分析尾翼的二轴姿态角对机器人三维空间力矩的影响;对扑翼机器人整机的气动力学进行建模。并分析了其在定高平飞与协同转弯飞行的受力条件,明确了试飞时实现飞行动作的条件。结合满足飞行条件的气动参数与自然界鸟类的尺寸率,确定机械样机的设计参数。根据满足气动飞行条件的扑动指标,设计扑动空间四连杆机构的尺寸,并设计减速转置与电机选型等;模仿鸟类翅膀与尾翼形状,设计一种前缘刚性、后缘柔性的带翼脉翅膀与刚性三角尾翼;依据满足气动飞行条件的翅膀柔性形变指标,通过利用Simulation软件对不同翅脉厚度的翅膀进行形变仿真,以确定满足指标要求的翼脉厚度,并校核翅根与扑动机构曲柄的强度;最后设计机身板并对所设计的各部件进行装配。研制一款微型仿鸟扑翼控制器系统。采用STM32为主控,搭载九轴惯性导航、气压计、角位移磁编码器等传感器并设计PCB板;选用一枚微型电调驱动的微型直流无刷电机作为翅膀扑动的动力源,两枚微型舵机驱动尾翼俯仰动作与滚转动作;利用基于四元数的互补滤波算法,对姿态传感器的九轴数据进行数据融合并解算,得到无时间漂移的三轴姿态角;利用Labview设计上位机界面,通过Zigbee全双工无线模块实现扑翼控制器与上位机之间的通信,实现三维姿态、尾翼角度等信息的动态显示与地面命令发送功能。最后利用Xflow软件模拟风洞实验,对样机进行了气动力仿真,验证了气动力建模的正确性;对微控制器与上位机系统进行测试,各项功能均正常;制造仿鸟扑翼机器人样机,对样机各部件进行装配与调试,安装本文研制的微型扑翼控制器并对样机进行飞行实验,能够平稳飞行验证了扑翼机器人样机飞行的可行性,最终的顺利飞行验证了本文的研究内容。