飞行吸附四旋翼机器人是由四旋翼无人机加上吸附装置构成的,是一种既可吸附在物体表面、又能在空中飞行的两栖机器人。本文的工作主要围绕飞行吸附四旋翼机器人的控制展开。在飞行吸附四旋翼机器人从自由空间飞行状态切换至壁面吸附状态的过程中,一方面要避免机体与壁面接触速度过大对机体或是环境造成损坏;另一方面,为了保证吸盘与壁面紧密贴合需要对壁面施加稳定的作用力。由于传统的四旋翼无人机控制方法没有考虑无人机与环境交互时的作用力影响,故不能直接用于吸附过程的控制,本文主要针对飞行吸附四旋翼机器人到达吸附面附近,从自由飞行状态切换到吸附状态过程中如何从位置控制过渡到力控制、以及吸附过程中受到接触力影响导致系统控制品质下降等问题进行研究。本文首先分析了飞行吸附四旋翼机器人在自由空间和接触空间的受力情况,分别建立了在这两种情况下的数学模型,并分析了在接触情况下飞行吸附四旋翼机器人向壁面施加的力与姿态角的关系。为了提高姿态控制的性能,本文提出一种非线性PID控制方法,在此基础上设计姿态控制器,并采用劳斯判据证明姿态控制子系统的稳定性,在仿真平台上比较了非线性PID和线性PID在姿态跟踪控制中的效果。然后研究飞行吸附四旋翼机器人在吸附过程中存在的问题,在非线性PID姿态控制的基础上引入阻抗控制,将机器人在自由空间中的位置控制和接触空间中的力控制统一到同一个控制结构中。由于设计的阻抗控制器需要用到接触力反馈,而飞行吸附四旋翼机器人力传感器安装不便且在吸附过程中易受干扰,因此本文设计了基于加速度的力观测器取代物理传感器来获取吸附过程中的接触力。最后,我们在仿真环境中验证了力观测器和阻抗控制的有效性,并总结了阻抗控制的参数整定方法。进一步地,将上述方法应用于飞行吸附四旋翼机器人平台上,进行了力观测器实验和飞行吸附实验。实验结果证明所设计的力观测器在实际控制系统中具有良好的观测精度并且采用非线性PID与阻抗控制相结合的控制策略能够实现机器人在飞行吸附过程中对位置和力的良好控制。