随着人工智能的火爆,无人驾驶、物联网、工业大数据等领域迅速发展,掀起了当今社会的变革。作为这场科技潮流中重要一员的四轴旋翼无人机迅速地发展与成熟,证明了人们对于飞行器这一领域的需求。虽然扑翼飞行是经过大自然选择后的完美飞行方式,但由于理论研究不成熟、材料限制、工艺不足和微机电系统出现晚等原因,扑翼飞行器的研究开展较晚。如今扑翼飞行器以高机动灵活性、高可微化、高隐蔽性、速度快、航程远、人机交互更安全等优势迅速走入人们视线中,被众多航空学家称为最具发展前景的飞行器。本课题在充分研究扑翼飞行器的飞行机理、动力学及运动学模型的基础上,分别结合现有经典方法,对其扑动机构、姿态控制和航迹规划等进行设计改进。针对扑翼飞行器两侧翅翼普遍采用对称同步扑动机构导致的灵活性差的问题,采用单电机与双铰链传动进行变频设计,实现一种异步变频扑动机构,左右翅翼可独立调整或纠正拍打频率,实现灵活机动飞行。其次,针对扑翼飞行器在悬停状态下的姿态调节和非线性特性,本文引入了滑模控制,先对传统滑模控制律进行仿真,发现其响应速度慢和延迟性问题,引入双曲正切函数,设计了基于双曲正切函数滑模控制的扑翼飞行器姿态控制。针对系统中不确定干扰项的影响,分别基于鲁棒反演滑模和自适应反演滑模进行姿态控制设计。结果表明,响应迅速且能消除干扰项。最后,考虑到扑翼飞行器的非线性和滑模控制的抖振现象,采用一种基于双闭环滑模的控制实现扑翼飞行器的姿态调整,设计内外环分别对运动中的姿态角和驱动角速度进行调节反馈,最终达成姿态控制。经仿真实验,此控制方法反应迅速且平稳。针对扑翼飞行器常用的A*算法和人工鱼群等航迹规划算法随机搜索扩展节点所导致的计算量大,效率较低等问题,如A*算法在局部规划中的实时性差,设计了一种基于光圈的三维空间环境模型。在此基础上,将障碍函数的概念引入,分别设计了一种基于障碍函数的局部航迹规划方法和一种基于改进A*算法的全局航迹规划,既能精准避障又节约了大量搜索空间。