随着空中作业需求的不断增加,飞行机器人已经广泛应用于环境监测、通信中继、灾后搜救等领域,但由于小型飞行机器人自身体积和负载的限制,其能够有效携带的电能储备非常有限,对作业的持续性带来了新的挑战;同时,飞行器在飞行或悬停作业过程中会产生较大的噪声,并不适用于要求隐蔽作业的场景。若小型飞行机器人能够像鸟类一样在具有飞行能力的同时,也能在一定场景下实现栖附,不但能够极大的提高机器人的整体续航时间,还能提高特定场景下作业的隐蔽性,是有效提高飞行机器人续航时间和作业多样性的一个突破点。基于机器人飞行-栖附的需求,针对当前小型飞行栖附机器人在非结构化栖附环境中的适应性和可靠性等方面存在的不足,本文主要开展如下研究:1)可变构型的自适应栖附装置设计、优化及整机集成。从仿生学原理出发,以鸟爪为参考对象,分析了鸟类肢体结构组成和作用原理,在保留参考生物体功能特点的基础上对结构进行了适当的简化,提出了趾型可以重构的自适应栖附装置,通过Matlab对栖附装置杆件进行了优化设计。并根据栖附装置的作用特点对飞行栖附机器人的整体结构进行了设计和优化布局。2)飞行栖附机器人飞行控制策略及飞行控制系统设计与仿真。根据设计的飞行栖附机器人的特点提出了机器人飞行-栖附-复飞控制策略,为机器人的状态切换操作步骤提供依据。同时,建立了机器人动力学模型,设计了基于串级PID的飞行控制方法,通过Matlab Simulink对机器人飞行过程进行了仿真,验证了集成设计及飞行控制方法的有效性。3)飞行栖附机器人栖附适应性、栖附稳定性和栖附功耗分析。分析栖附装置抓取力适应性及对于不同表面特征、不同形状和尺寸的栖附对象适应性,探讨了栖附状态受各个方向气流扰动情况下保持稳定栖附的条件。并建立了机器人功耗模型,得到了机器人栖附状态的功耗特性。4)飞行栖附机器人原理样机搭建及相关实验研究。根据前文的相关分析,对机器人关键零部件进行选型验算以及部分部件的制作,搭建了飞行栖附机器人样机。通过搭建的负载测试平台,验证所设计栖附装置的栖附适应性及抗扰动稳定性。根据机器人控制策略开展多场景实地测试,并对整机功耗进行分析,验证了相关设计理论的正确性。