无人飞行器在多种领域中有着广泛的应用,诸如灾后搜救、星球探索、军事侦察、环境探测以及影视制作等。四旋翼飞行器是无人飞行器中的一个重要分支,其优点主要包括体积小、重量轻、结构简单、性能可靠、控制灵活以及飞行性能稳定等。简单的结构、卓越的飞行性能以及独特的飞行控制方式使得四旋翼飞行器能够适应更为复杂的环境、应用于更多领域。然而传统四旋翼飞行器的研究侧重于避障的设计,无法解决飞行器意外坠落导致飞行器倾覆而无法继续飞行的问题。针对四旋翼飞行器平台,本文提出一种新颖的保护和复位机构设计方法和相应的控制策略,将传统的避撞型飞行器向新型的耐撞型飞行器转变,解决了普通四旋翼飞行器在倾覆状态下无法起飞的难题,大大地提高了四旋翼飞行器执行任务的能力。本文设计了一种具有自复位能力的四旋翼飞行器,飞行器的主体机身大小为29.5cm × 29.5 cm × 26 cm,重345g。在机身的上方由碳纤维杆形成弧形保护笼架,自复位机构对称安装于机身两侧。自复位机构主要包括一对长28.8cm的导臂以及一对直流减速电机。四旋翼飞行器以Atmega328P为主控芯片的控制板为飞行控制中心,MPU6050为姿态解算单元,CC2530模块为无线通信单元,基于ZigBee协议栈实现飞行器与网关的无线通信与数据传输,从而实现对飞行器的远程控制。飞行器利用姿态解算单元能够实时检测飞行器姿态,当检测到飞行器处于倾覆状态,则启动自复位机构,利用导臂实现飞行器的翻滚运动,达到飞行器从倾覆状态到正立起飞状态的自复位。针对自复位失败的情况,本文设计了人工干预复位功能,通过上位机远程发送命令形式控制自复位机构运动。最后对四旋翼飞行器的基本性能进行了试验研究。该飞行器能够通过远程控制实现起飞、悬停、降落基本飞行动作,并且能够实现远程传感器数据采集。飞行器能够根据姿态检测结果判断飞行器是否倾覆并能够判断倾覆面,根据不同的倾覆面启动相应的自复位方案。飞行器自复位机构能够完成在水平地面上以及倾斜角度在10。以内的斜坡上的自复位运动。人工干预复位能够完成飞行器落于拐角中的复位运动。