近年来,四旋翼无人机凭借其结构轻巧、动作灵活等优点得到了广泛的应用,应用领域正在从工业逐步拓展到航拍、快递配送和疫情防控中。然而,目前四旋翼控制方式比较单一,仍以射频遥控器为主,操控难度大,限制了四旋翼在普通大众中的推广,因此,探寻更加灵活的人机交互方式对四旋翼无人机的推广具有重要的现实意义。本文以探索灵活的四旋翼人机交互方式为目标,设计了一套完整的基于手势识别的四旋翼人机交互系统,包括自抗扰控制算法的改进、手势识别算法、地面站软件开发以及嵌入式软硬件设计与研发等部分,并进行了仿真和实物的验证。首先,推导建立了四旋翼的数学模型,改进了传统自抗扰控制算法。针对自抗扰控制器中的非线性函数fall（e,a,δ）在原点处不光滑,导致稳态时产生高频震颤的问题,设计了一种新型非线性函数,基于该函数对自抗扰控制器中的扩张状态观测器和非线性误差反馈控制律进行改进,证明了改进型扩张状态观测器的稳定性,并在Matlab中进行了详细的仿真验证。结果表明改进型自抗扰控制器具有更快的响应速度和更精确的估计干扰的能力,在抑制系统高频震颤方面也有很大提升。其次,分析了手势操控无人机的难点,针对难点定义并识别出十种操控无人机所需的手势。以Google的MediaPipe Hands模型为基础获取21个手部关键点信息,结合特殊关键点之间构成的向量关系和关键点的位置信息判断具体手势。然后,设计了人机交互系统所需的软硬件部分,包括地面站操控软件和遥控器软硬件。使用QT开发环境开发了具有串口通信、四旋翼操控和应用程序间通信等功能的地面站软件,并结合嵌入式硬件定义通信协议。遥控器软硬件设计包括制作通信所需的USB转TTL模块以及接收器模块等,改进了 USB转TTL模块的设计,提高了信号质量,并增强了模块的可靠性;设计了以STM32F030为核心的接收器模块,通过I2C协议控制PCA9685芯片输出控制信号给飞行控制板,实现控制飞行功能。最后,搭建四旋翼飞行器,对本文设计的人机交互系统算法和软硬件设备进行了详细的测试,测试结果良好,达到预期设计效果,为四旋翼飞行器的操控增加了一种更为灵活的人机交互方式。