目前微型水面运动机器人的运动形式以滑行和跳跃为主,而扑翼飞行能够扩大机器人的运动空间范围,提高机器人的机动性和灵活性,成为微型水面运动机器人发展的必然趋势。然而机器人要实现水面扑翼飞行不仅需要较大的升力,同时由于扑翼运动的冲击,还需要水面为机器人提供较大的支撑力,这其中涉及复杂的非定常空气动力学和水-空气界面流体力学。因此要在水面上实现机器人的扑翼飞行需要解决很多关键技术,目前仍缺乏成熟的理论和技术。为此,本文结合国家自然科学基金“仿水黾水面滑跳复合运动机器人及其水动力学研究”,针对微型仿生水面扑翼飞行机器人的结构设计、力学分析以及动力学仿真和实验展开研究。首先,开展微型仿生水面扑翼飞行机器人的结构设计和优化分析。基于蜂鸟的扑翼运动模式以及运动参数生物律,采用曲柄摇杆滑块加四连杆机构作为扑翼驱动机构,实现机器人扑翼扑动动作的输出。基于水黾的水面漂浮机理,设计具有超疏水性和大支撑力矩的水面支撑脚。结合扑翼驱动机构和水面支撑脚,完成微型水面扑翼飞行机器人的整体结构设计。基于对机器人水面扑翼飞行全过程分阶段的受力分析,确定水面扑翼飞行机器人的优化设计原则。其次,开展对机器人扑翼和水面支撑脚的力学分析及优化设计。基于扑翼的运动学模型和准定常空气动力学模型,计算扑翼产生的升力、阻力和侧向力,对翼面积、展弦比和锥度比进行优化设计。基于水-空气界面分析,分析水面支撑脚所受支撑力和拖拽力,对水面支撑脚的截面形状、平面形状、前后间距、数量、左右间距进行优化设计。最后,开展机器人动力学仿真和样机的水面扑翼飞行实验。通过联合仿真方法建立模拟水面-空气环境的机器人动力学仿真模型,采用正交实验方法开展六因素五水平的水面扑翼飞行仿真实验,通过直观分析和方差分析方法探究影响各水面扑翼飞行评价指标的显著性因素,并优化机器人的参数。完成机器人样机的制备和水面扑翼飞行实验环境的搭建,进行机器人扑翼飞行能力测试实验,对影响各水面扑翼飞行评价指标的显著性因素进行实验验证,与仿真结果相印证的同时进一步优化机器人参数,验证优化后机器人的水面扑翼飞行能力。