研究分析表明环境气体监测问题已逐渐成为人们日益关注的重点,利用机器人主动嗅觉技术对这一问题的研究具有重要的意义。如何利用旋翼无人机自主完成三维空中气体的感知、跟踪及寻源,成为机器人执行主动嗅觉任务的关键问题。针对这一问题,本文设计了基于主动嗅觉的空中机器人系统。该系统良好的结合了全自主飞行平台与嗅觉传感器系统,并基于分段式多嗅觉算法结合的三维控制方法对空中嗅觉导航进行了深入的研究。本文对基于主动嗅觉的空中机器人系统的研究如下:(1)在四旋翼无人机姿态高度控制等基本理论的基础上,设计了基于插补导航控制的全自主机器人。该机器人是在原有四旋翼无人机的基础上,增加机载控制器,并通过插补导航策略,输出四旋翼能够识别的舵机信号,从而控制无人机的自主飞行。(2)根据嗅觉传感器技术和自主无人机飞行基础的联系,提出了交错式嗅觉机器人系统,该系统通过嗅觉传感器系统延长性、交错式设计,有效地避免了无人机旋翼气流对传感器气体检测的影响,为实现机器人气体跟踪奠定了基础。(3)在分析飞蛾觅食行为的基础上,提出了基于主动嗅觉的空中导航策略。该策略采用分段式多嗅觉算法结合的三维控制方法,通过将自主无人机气味源寻源过程分为自主上升、气味感知、气味跟踪及粗寻源三个阶段,分别利用插补导航上升算法、Z字形搜索算法、浓度梯度算法,实现各阶段的控制任务,从而完成机器人的空中嗅觉导航。