大型仿生扑翼机器人在飞行效率、载荷能力、抗风能力、仿生隐蔽性等方面具有独特的优势,因而在环境探测、灾害救援、反恐防爆等方面具有重要的应用前景。但目前扑翼机器人的导航控制多依赖人工,不能充分发挥扑翼飞行的优势,并且无法执行超视距、远距离的自主飞行任务。针对这些情况,本文以翼展超过2 m的大型仿生扑翼机器人为研究对象,研究涵盖其起飞、巡航、降落的全流程组合导航及自主飞行控制方法,并研制控制系统,开展飞行实验验证。基于户外自然条件和扑翼飞行特性的分析,设计大型仿生扑翼飞行机器人全系统的组合导航与自主飞行控制方案,该方案采用多层架构,包括应用层、功能层和驱动层。对功能层模块进行分类并规划优先级;采用椭球拟合方法标定加速度计和磁力计,有效消除其系统误差;设计低通滤波器降低高频噪声对IMU原始信号的干扰。采用滑动均值滤波算法避免磁场脉冲对磁力计信号的影响;设计组合导航与自主飞行控制流程,确定整个导航与控制方案中的数据流。基于惯性导航技术对扑翼飞行机器人的三轴姿态进行估计。采用显式互补滤波算法融合加速度计、磁力计和陀螺仪数据求解扑翼机器人的三轴姿态;设计姿态解算流程并进行飞行实验验证,结果表明借助加速度计和磁力计能够实时补偿陀螺仪偏置的变化,采用互补滤波算法收到较高精度的位姿估计结果。基于组合导航技术对扑翼飞行机器人的三轴位置和速度进行估计。采用卡尔曼滤波算法融合惯性导航、GPS导航和气压计数据求解扑翼机器人的三轴位置与速度。在状态量估计中引入加速度偏置这一项,以通过状态量扩维的方法对驱动噪声做白化处理;利用H∞算法提高了卡尔曼滤波器的鲁棒性,降低盲目调谐的工作量;采用衰减记忆法对模型误差做纠正处理,提高位置解算的精度。提出仿生扑翼飞行机器人起飞-巡航-降落全流程自主飞行控制的方法,并研制小型化高集成度的飞行控制器,实现包括直线飞行、绕圆飞行、起飞降落等典型飞行任务的自主控制。将所开发的飞行控制器与扑翼机器人样机集成开展了实际飞行实验,验证了上述研究成果。