随着人工智能、机器视觉、5G通信等关技术的快速发展,无人机在商业领域将会得到更广泛的应用,未来基于“无人机+”的新兴产业将改变人们的生活方式。无人机在装备有机械臂后加入了人的主观能动性,扩展了其实际应用范围,许多研究工作也就此展开而来。但目前带机械臂无人机的控制或顶层应用算法研究大都处于前期仿真阶段,而仿真具有一定的局限性。针对上述问题,本文研究并搭建了一种带机械臂的旋翼无人飞行系统实验平台,以满足后续带机械臂无人机控制或顶层应用算法测试的需求,为算法的落地提供了软件开发环境与硬件基础。本文主要的研究内容如下:首先,本文采用了一种分层控制的方法,即无人机的飞行控制基于Pix Hawk飞控硬件平台,无人机姿态与位置的控制由PX4原生固件（与Pix Hawk硬件相契合的一套代码）中的内外环PID算法实现,而机械臂和其它传感器的控制由机载电脑树莓派完成。对于带机械臂无人机所采用的分层控制方法相比于整体建模控制虽然精度降低,但所需计算资源较少且在实际中更易于移植到硬件当中;然后,研究了无人机在控制分配与动力系统上数学模型的建立,并研究了PX4原生固件代码的控制器框架与原理,如传感器信息融合、无人机姿态与位置的解算控制等,为后续算法模块化的移植提供了理论基础;其次,本文设计搭建了一套带机械臂无人机相应的软硬件开发平台,完成了其零件的选型、配置与调试、PX4开发编译环境搭建、树莓派开发环境搭建等。另外,还研究设计了一种配套的室内无人机控制算法测试平台,主要通过一种四自由度的机械结构装置和一个高精度的惯性测量单元实现无人机姿态信息的实时反馈,从而来验证控制算法的实际效果,这样可以降低室外测试飞行时坠机的概率;最后,研究并搭建了基于在环仿真的无人机飞行测试环境,在实际实验平台参数的基础上完成了一系列仿真实验,为后续新算法的仿真测试提供了测试基础。此外,基于ROS-Moveit!完成了实验平台中机械臂的运动控制仿真,为实际机械臂的控制提供了一种新思路;基于Hector功能包的仿真实验介绍了一种验证无人机控制算法的方式。研究的最后,进行了带机械臂无人机的实际飞行试验,实验结果良好。总的来说,本文研究并设计搭建了一套带机械臂旋翼无人飞行系统实验平台,完成了其软硬件资源的整合,解决了模块间通讯的问题,打开了二次开发的接口,最后的实验也到达了预期稳定飞行的目的。本文的研究工作为后续带机械臂无人机控制算法与顶层应用算法的二次开发与落地提供了基础,在相关的带机械臂无人机实验平台搭建研究中也具有一定的参考意义。