微小型飞行器因其体积小、重量轻、结构紧凑、便于携带，且飞行姿态灵活、航线轨迹可控，在军用或民用领域具有良好的发展前途、广阔的应用前景，在学术上也具有重要的研究意义。但是，当遇到空域狭小、障碍众多、环境复杂等情况时，微小型飞行器就可能因发生碰撞而致坠落的风险大幅提高，所以微小型飞行器的飞行安全问题面临严峻挑战。从本质来看，微小型飞行器的安全飞行性能好坏在一定程度上取决于其结构设计理念与飞行控制技术，本文结合微小型飞行器的研究背景及意义，国内外研究现状及分析，针对微小型飞行器面临的上述严峻挑战，设计、研制出一款具有防撞避碰功能的微小型球形飞行器。首先，本文根据课题技术要求和性能指标，通过对飞行方式、气动布局形式不同方案的对比、分析，完成了“共轴双旋翼、四控制舵面”微小型球形飞行器的总体方案设计，并阐明了其结构特点、飞行方式和工作原理。然后，结合微小型球形飞行器的结构特点、工作原理以及功能需要，对其飞行控制系统的硬件进行设计，制订了硬件设计总体方案，完成了基于双STM32的飞行控制器硬件电路设计和直流无刷电机电子调速器硬件电路设计；在基于双STM32的飞行控制器硬件电路设计中，主要工作包括：控制芯片选型与设计，电源电路设计，遥控接收机接口电路设计，GPS接口电路设计，MS5611接口电路设计，超声波传感器接口电路设计，MPU6050+HMC5883接口电路设计，电调、舵机接口电路设计，SD卡接口电路设计等；在直流无刷电机电子调速器硬件电路设计中，主要工作包括：总体设计方案制定，控制芯片选型，电源电路设计，电机驱动电路设计，相电压检测电路设计等。进而，本文又对飞行控制系统的软件体系进行了设计，制订了软件总体流程，完成了飞行控制系统软件模块化设计，主要工作包括：系统初始化、姿态解算、姿态信息存储、飞行控制指令获取、飞行控制指令传输、中断优先级设置、PWM输出、姿态控制等。最后，本文在结构设计、飞行控制系统软硬件设计工作的基础上，研制出该微小型球形飞行器的物理样机，设计并完成了基于MPU6050姿态测量模块的两轴转台实验、基于MS5611模块的测试实验、超声波传感器测试实验、飞行器调试实验（俯仰、滚转、偏航通道控制实验）、室外飞行试验以及直流无刷电机速度闭环控制实验等。基于MPU6050姿态测量模块的两轴转台实验结果表明：MPU6050DMP姿态解算静态精度高，动态特性好，能够在微小型球形飞行器的实际飞行过程中为其提供姿态参考信息；MS5611模块与超声波传感器测试实验的结果表明：MS5611和超声波传感器能够稳定、有效地开展工作，且实际工作性能良好；通过飞行器调试实验（俯仰、滚转、偏航通道控制实验），确定了微小型球形飞行器俯仰、滚转、偏航通道理想的PID控制参数；室外飞行试验结果表明，该微小型球形飞行器能够很好的完成垂直起降、空中悬浮等飞行动作，且在飞行过程中姿态灵活、控制可靠、飞行稳定。本文的研究成果表明，微小型球形飞行器设计方案可行，整体结构合理，控制系统可靠、飞行性能良好，达到了微小型球形飞行器设计的预期效果，本文所得结论和成果可为相关飞行器的设计与研究提供借鉴与参考。