仿生扑翼飞行器是一种微型飞行器,它通过模仿自然界中飞行生物的扑翼飞行方式来获得飞行能力。它具有体积小、质量轻、灵活性好、便于携带等优点,在军用和民用领域都有着相当大的发展潜力,因此仿生扑翼飞行器是近年来国内外航空领域研究的热点之一。本论文回顾了仿生扑翼飞行器的历史背景和发展历程,较全面的论述了仿生扑翼飞行器的基本特征、应用前景和科研价值,提出了研究仿生扑翼飞行器的关键问题,明确了课题研究方向和内容。首先,样机设计是对仿生扑翼飞行器分析的基础,本论文根据仿生学研究数据,对扑翼飞行器样机整体结构进行了详细设计,分别对机身尺寸、驱动减速系统和扑翼结构进行了设计。然后通过MATLAB软件进行机构运动学仿真分析,仿真结果表明了机构满足初始设定的运动参数,验证了该扑翼机构设计的合理性。其次,从研究自然界飞行生物飞行机理入手,建立了一套扑翼飞行器飞行时的坐标系,推导出各坐标系之间的转换关系,并对设计的样机模型进行气动分析,计算扑翼飞行器平飞过程中所受的空气动力和力矩,推导出整机的运动学和动力学方程,建立了整机的动力学模型,并采用MATLAB工具对模型进行仿真分析,验证了样机模型飞行的可行性。最后,为样机设计了一种由MEMS元件构成的扑翼飞行器姿态控制系统。对各个模块选型,并对其控制电路进行了设计和绘制。为了提高扑翼飞行器飞行姿态的观测精度,提出了一种将陀螺仪和加速度计观测数据融合,基于卡尔曼滤波,可以自适应补偿外部加速度的融合计算姿态角的方法。通过实验和仿真分析,验证了所提出的卡尔曼滤波算法大大降低了测量偏差,可以很好地降低噪声的干扰,提高了姿态测量的精度。本论文一方面丰富了多自由度扑动机构的内涵,为后续扑翼飞行器的研究提供了参考依据;另一方面提出了一种观测精度更高的姿态计算方法,为以后完善扑翼飞行器控制系统做了铺垫。