“扑动-扭转-挥摆”是大中型飞鸟扑翼运动的重要动作特征,尤其在降落阶段更加突出。针对这一现象,本文设计了一款基于单一驱动源来实现机翼“扑动-扭转-挥摆”三自由度运动的扑翼机构。该机构仅使用一个转动动力源并通过多杆传动机制主动协调机翼扑动、扭转和挥摆,这种输入输出机制和输出协调机制是基于RRSS-SSR运动副的空间六杆的扑翼机构实现的。具体研究内容包括:将海鸥、鸽子等大中型飞鸟代表作为仿生对象,对其翅膀生理结构、各阶段飞行运动特征和飞行受力进行了分析,总结了大中型鸟类飞行参数与其体型的参数关系,为扑翼机构设计和实验样机设计提供了指标基准。介绍了扑翼机构设计的生物灵感来源,开展了扑翼机构方案设计、运动方程创建和输出参数仿真验证,验证了扑翼机构的输出角度参数与鸽子翅膀运动学数据的一致性。为了实验样机制造简便,使扑翼机构工程化,给出了工程化设计方案,进行了参数的敏感性分析,并探究了参数调整后的扑翼运动姿态。为了测试工程化扑翼机构的实际性能,设计并制造了一款基于该扑翼机构的飞行器实验样机。包括动力源设计与选型、多杆传动机制实物设计、机/尾翼设计和通信执行设备选型等内容。建立了翼展为0.9m的试验样机总体三维模型,进行了试验样机的加工组装和运动测试,测试表明其具有“扑动-扭转-挥摆”的协同运动特性。搭建了一套测力和运动跟踪平台,对试验样机的结构特点、运动特点和气动特点开展了实验分析。通过模型实验数据、理论模型计算和ADAMS数值仿真对比发现:受杆件弹性形变影响,扑动幅值相对误差为12.5%,经过修正的扭转幅值相对误差为2.3%。在无来流、无翼膜下产生的惯性力与理论计算结果对比发现:惯性力幅值相吻合,最大上拍幅值相对误差为5.9%,最大下拍幅值相对误差为6.7%。根据实验数据推算出带翼膜的惯性力幅值大小约为2.2N,其中翼膜贡献的惯性力占比27.3%,正升力最大值2.1N,负升力最大值-1.5N。根据样机实验中发现的尺寸问题、材料问题和连接方式问题,设计并制造了第二代飞行样机,简化了高速运转环境下连接不牢固的连杆,根据轻量化的思想,按照球头轴承标准件最小尺寸重新设计了二代样机的整机尺寸,机翼翼膜选用了更轻质的、强度更高的材料,最终重为350g、翼展为1.2m的二代样机研制完成,并对其进行了运动测试,扑动角范围-23.5°-32°,扭转角范围14°-46°,挥摆角范围-12°-30°,最大拍动频率能够达到5Hz,主翼梁杆的径向尺寸变小导致了机翼明显的折叠弹性形变运动。这些结果为仿生扑翼机构设计提供了新的研究参考,对扑翼飞行器短距降落飞行具有一定的应用价值。