仿昆虫微型扑翼飞行器主要模仿昆虫悬停、垂直起飞以及侧向飞行姿态,其飞行方式较为灵活,可适应复杂多障碍环境,具有广阔应用前景。目前,仿昆虫微型扑翼飞行器领域仍有许多问题亟需解决,例如样机的姿态控制。本文从昆虫飞行特征分析出发,采用了基于翅翼扭转的姿态调节机制,设计了基于PD控制律的控制系统,最终成功研制了一款仿昆虫微型扑翼飞行器。通过姿态调节平台实验及样机飞行实验,样机实现了稳定垂直起飞。基于昆虫飞行特征分析,考虑到现有样机扑动方案存在结构复杂、高摩擦及难加工问题,选定结合了曲柄摇杆与滑轮的机构作为样机扑动方案。利用MATLAB及Solid Works Motion模块对其进行运动仿真,结果表明其可产生预期扑动幅值,该方案具有可行性。根据飞行尺度律,预估了各项飞行参数,并据此对样机扑动机构、减速系统及翅翼展开了设计,其中扑动效率较高的负扭转柔性翅翼被选定为了样机翅翼。考虑到当前一些姿态调节机制存在增加机构复杂度问题,研究中采用了基于翅翼扭转的姿态调节机制,并设计了相关机构。最终研制了一款翼展18 cm,重17 g,扑动幅值达180度的微型扑翼样机。通过测量样机姿态力矩,验证了姿态调节机制的可行性。样机气动升力随扑动频率变化规律测量结果表明,翅翼可提供足够升力。为保证姿态调节情况下样机能获得足够升力,测量了不同扑动频率下各个姿态角所对应升力大小,结果表明翅翼可满足使用要求。选定PD控制律作为样机控制方式,携带控制系统的扑翼样机重23.8 g。开发了姿态显示软件,选定了数据滤波算法,定义了数据传输协议。考虑到直飞样机调定控制参数,不易观察控制效果,调节过程将非常耗时,分两步进行了该过程。首先搭建了姿态调节平台,得到了样机初始控制参数,基于此参数,进行了样机试飞实验,通过多次调定,取得了合理样机飞行控制参数,并实现了样机稳定垂直起飞。该基于PD控制的仿昆虫微型扑翼样机的研制对于实现该类飞行器的控制飞行具有较好的参考作用。