随着计算机科学和自动化技术的迅猛发展,智能化机器人的研发和应用逐渐成为学术团体和科研机构的焦点。四旋翼飞行器作为智能化机器人研究领域中的一员,涉及众多领域的高、精、尖技术,并凭借其新颖的结构、灵活的操纵性等优势,在国防领域、商用及民用领域等受到了越来越多的关注。本文在介绍了国内外四旋翼飞行器的研究现状、发展趋势和应用前景的基础上,旨在设计一种能满足基本飞行运动要求的四旋翼小型无人飞行器。通过研究四旋翼飞行器的结构、工作原理、姿态解算和姿态控制过程,设计了一款以Stm32单片机为核心,MPU6050为惯性测量单元的飞行控制系统。四旋翼飞行系统包括四旋翼飞行器、手持遥控器和上位机。四旋翼飞行器部分的MPU6050传感器是集三轴陀螺仪与三轴加速度传感器于一体的传感器,将测量的角速度量和加速度量的数值传送给Stm32进行数据融合,解算出当前的姿态,然后接收手持遥控器通过无线系统发来的运动指令,与之前的目标姿态融合成当前的目标姿态,通过当前的姿态和目标姿态计算出姿态差,然后将姿态差反馈到PID控制器,计算出四个电机的油门,不断的调节当前的姿态到目标姿态,即可实现各种复杂的运动。四旋翼飞行器的姿态,电池电量等数据可以无线传输到连接到电脑的手持遥控器,进而在上位机上可以3D显示四旋翼的姿态运动情况;同样,可以通过改变上位机上某些参数的值进而改变四旋翼飞行器的相应参数,这在调试过程中是非常方便的。论文最后对基于四元数的姿态解算算法进行了数据分析,可以验证横滚角的静态误差<0.826°,俯仰角的静态误差<0.945°,证明了姿态解算算法的可行性。同时进行了飞行测试,稳定的飞行可以验证基于四元数的姿态控制的可行性。因此,本文设计的四旋翼飞行器为今后功能更加强大的四旋翼飞行器打下了一定的基础。