近年来,无人机的发展成为国内外研究的热点,现有构型的无人机包括固定翼无人机,单旋翼直升机和多旋翼无人机。共轴双旋翼无人机属于多旋翼无人机,该无人机的特点在于横向尺寸较小,体积小,适合多平台多空间应用,桨叶共轴反转实现扭矩平衡,机动性强控制简单,使用两个电机提供升力相比四旋翼消耗能量更少,具有较强的续航能力和带负载能力。本文在实验室已有共轴双旋翼无人机的基础上,参考国内外设计方案,对比各种方案的优缺点,设计了一种具有新型操纵机构的共轴双旋翼无人机,对其进行总体设计,建立数学模型,设计控制算法,进行仿真和实验。论文主要内容如下。首先,针对提出的共轴双旋翼无人机,采用改变无人机重心的转向原理,设计了一种结构紧凑且对称,易于控制的平行四边形操纵机构,对关键零件进行强度分析,详细设计了无人机的结构同时充分考虑电子元器件的选型,主要包括动力系统、操纵系统、机身和起落架。其次,建立无人机系统模型,基于牛顿-欧拉方程的无人机动力学分析。建立坐标系,得到各坐标系间的转换方程,然后进行运动学分析,充分考虑无人机受到的各种力和力矩,得到非线性飞行运动学模型。再次,设计无人机的控制系统,首先利用卡尔曼滤波对传感器数据初步处理,然后进行无人机控制分析,介绍控制部分的硬件组成,之后介绍了视觉定位的原理,设计控制程序框图。设计无人机控制算法,对智能摄像头数据补偿,采用PID控制算法,基于STM32微处理器设计系统整体控制结构和控制系统详细框图,包括偏航控制器,高度控制器,水平速度控制器,水平位置控制器和补偿控制器。最后,进行无人机的ADAMS和MATLAB联合仿真,完成预计轨道的跟踪,空中托运、小间隙运动和避障运动的动力学仿真,之后搭建无人机实验平台,包括开环实验和闭环实验,实现无人机室内定位与悬停功能,对无人机结构的合理性和控制算法的有效性进行验证。