地面移动机器人系统上负载机械臂等主动操作机构的实践应用已得到了广泛的认可,这种将移动平台灵巧的移动能力与传统机械臂的强大操作能力相结合的技术应用,启发并产生了可操作型飞行器的诞生。并结合高清的机载图像传感系统,可广泛应用在军事及民用领域,如恶劣环境下的替人作业,高空复杂样品采集,仓储物流等。旋翼飞行机械臂系统具有欠驱动,强耦合,非线性等特点,同时会面临非结构三维空间的复杂环境干扰与系统动态不确定性等问题,近年来取得了阶段性成果和重大突破。本文设计了一种旋翼飞行平台挂载多关节机械臂的多自由度飞行机器人,利用双目相机获取三维点云进行目标物体的识别跟踪和位姿估计,最终实现系统在视野范围内的半自主视觉伺服引导和目标抓取,具体如下:1)建立了旋翼飞行机械臂的运动学和动力学模型,考虑了机械臂运动对重心变化的影响,推算出基于力平衡思想的牛顿-欧拉模型。2)针对欠驱动结构造成的目标物体极易偏离机载相机视野范围,提出了一种新的混合视觉伺服控制方法,在图像空间控制平移,笛卡尔空间控制旋转,减弱了平移与旋转之间的相互影响从而实现了解耦合效果,改善了系统对及非结构因素的抗扰能力和全局稳定性,通过MATLAB仿真环境进行了效果验证。3)针对视觉伺服过程中需要对目标的实时定位跟踪以及位姿估计,在Camshifts跟踪算法的基础上,提出三帧差分检测识别方法定位目标;接着通过双目相机获取的物体点云进行目标特征提取和匹配,实现对目标的实时位姿估计,最后通过ROS平台上实际对目标的实验验证了可行性。4)同时,针对机臂系统的欠驱动多自由度特性提出了一种多任务分解组合控制机制,减弱整个伺服过程的耦合影响和障碍物与重心变化的影响。仿真结果显示了该方法的可行性,在伺服仿真的基础上仿真验证了该控制机制的改进效果。本文使用Matlab/Simulink仿真平台和基于Ubuntu系统的ROS平台,进行了上述混合视觉伺服和分层任务组合策略的验证和实物视觉伺服验证、位姿预估和双目跟踪。为可操作飞行器的实际研究提供了充分的理论依据。