操作型旋翼飞行机器人是一种新型机器人系统，它由飞行机器人（通常是旋翼飞行机器人）与作业装置（机械臂）共同组成，该系统具有垂直起降、低空低速飞行、悬停的特点，同时由于安装了机械臂使得该机器人系统具有完成空中抓取物体，实现空中装配的能力。该系统能够在3维空间中自由运动，因而极大地扩展了移动机器人的工作空间，使得该系统具有广阔的应用前景。　　旋翼飞行机器人加装主动作业装置将使系统的自主控制面临新的问题。首先，旋翼飞行机器人是多变量、强耦合、欠驱动的非线性系统，易受外界扰动影响。这主要是其运动机理造成的，旋翼飞行机器人运动动力是依靠高速旋转旋翼生成的气流与机体间产生相对运动形成的。加载主动作业装置将使其与飞行机器人间产生互相作用的耦合力/力矩并改变系统的动力学特性，这将大大增加系统建模和控制的难度。其次，能对外界对象实施作业和精准操作是操作型旋翼飞行机器人的主要优势，作业期间系统同外界环境接触是不可避免的。操作型旋翼飞行机器人接触模式下控制难点包括下面两方面问题。1）飞行机器人接近操作对象时，将改变其周边气流特性并导致空气动力学参数变化同时也将引起操作对象的不确定运动。2）与外界环境接触时，系统将受到位置刚性约束下的外界力/力矩扰动，它将显著影响飞行机器人的运动特性。这些问题的出现使得现有的适用于旋翼飞行机器人的控制方法效果降低或是失效。由于操作型旋翼飞行机器人的研究尚处于研究初期阶段，本文的研究重点是非接触情形下的系统稳定性控制及旋翼飞行器与手臂的协调控制。针对这两个问题，本文研究的具体内容如下。　　首先，对由旋翼飞行机器人与多关节手臂构成的操作型飞行机器人系统进行精确建模。该系统属于典型的多刚体系统，采用分析力学——欧拉-拉格朗日方程的方法对该多刚体进行建模，结合简化的旋翼空气动力学模型得到了系统的完整动力学方程。该模型将作为高保真的仿真对象，同时对该模型进行相应简化以用于系统控制方法的设计。　　其次，对该系统在平衡点附近进行线性化处理，设计全状态的线性LQR控制器并研究系统在该控制器下的控制效果，仿真研究显示线性控制器只能在平衡点附近起到较好的控制效果，当手臂摆动幅度较大时，线性控制器无法使系统镇定。　　接着对旋翼飞行机器人和操作型旋翼飞行机器人进行比较研究，得到系统的耦合模型。依据该模型对耦合力/力矩进行量化分析，研究耦合力/力矩同旋翼飞行机器人的位姿及其导数，手臂关节变量及其导数，以及二者的惯性张量及系统的重心之间的关系，并将该耦合视为旋翼飞行机器人受到的不确定项，为旋翼飞行机器人设计独立的非线性鲁棒控制器提供依据。　　由于具有多关节手臂的操作型旋翼飞行机器人动力学模型极为复杂，对整个系统设计整体非线性控制器非常困难。利用手臂和飞行平台之间耦合模型，提出了考虑耦合影响的旋翼飞行机器人自适应鲁棒非线性H∞控制器。该控制器将耦合影响视为同平台参数和手臂参数相关的系统不确定项，通过增加对该项扰动的抑制能力来保证整个系统稳定性。同时该控制器对大质量比（手臂质量与操作型旋翼飞行机器人系统质量比值）的系统也有较好的控制效果。