仿生扑翼微型飞行器,是一种通过模仿自然界飞行生物飞行机理实现扑翼飞行的小型飞行机器人。由于仿生扑翼飞行方式相比于人类熟知的固定翼和旋翼飞行方式所具备的多种优势,例如尺寸小、灵活性、隐蔽性以及仿生性等优势,使得仿生扑翼微型飞行器在民用探查、军事侦察和打击等领域具有广泛的应用前景,因此仿生扑翼微型飞行器已经成为未来无人飞行器研究和发展的热点。仿生扑翼微型飞行器主要是通过扑翼机构,将电机驱动的旋转运动转化为仿生扑翼的飞行运动。扑翼机构是仿生扑翼微型飞行器实现预定仿生扑翼飞行中至关重要的环节,其运行的可靠性已成为决定仿生扑翼微型飞行器安全性的重要因素。同时,扑翼机构的传动效率将决定整个仿生扑翼微型飞行器系统的运行效率。而扑翼机构在设计、制造和运行过程中存在着众多无法避免的不确定性因素,这些不确定性因素会对扑翼机构的运动输出产生重要影响,并可能直接导致扑翼机构运动失效,最终导致扑翼微型飞行器任务失败。为了保证扑翼机构运行的可靠性并提高仿生扑翼微型飞行器的能量利用效率,开展了不确定性因素下的扑翼机构时变可靠性分析及优化设计研究。本文的创新性研究内容主要包括:（1）提出不确定性下仿生扑翼机构的分析与设计模型通过对自然界鸟类扑翼飞行运动进行分析,提出了不确定性下仿生扑翼机构的分析与设计模型。首先,总结了仿生扑翼运动对扑翼机构的设计要求,为扑翼机构设计提供了启发和设计目标;其次,通过仿生扑翼机构设计和运动分析,建立了扑翼机构运动模型,进而构建了不确定性下的扑翼机构运动误差模型;最终,根据扑翼机构设计要求构建了扑翼机构的动态性能指标,提出了不确定性下扑翼机构的分析与设计模型。（2）提出考虑相关性的扑翼机构时变可靠性分析方法提出了不确定性下的机构时变可靠性分析模型,开展了仿生扑翼机构时变可靠性分析,提出了两种考虑相关性的机构时变可靠性分析方法。第一种方法在考虑多种分布类型不确定性因素下,通过对机构输出变量之间的相关性分析来估计扑翼机构的时变可靠度。第二种方法考虑了变化幅度较大的不确定性因素,提出了基于时间域和空间域多维极值相关性的机构时变可靠性分析方法。通过上述两种分析方法,对仿生扑翼微型飞行器扑翼机构开展时变可靠性分析,为扑翼机构的可靠性设计提供理论基础。（3）提出考虑机构关节间隙不确定性的扑翼机构时变可靠性分析方法为了分析扑翼机构关节间隙对扑翼机构性能的影响,提出了一种考虑机构关节间隙不确定性的扑翼机构时变可靠性分析方法,研究了对扑翼机构高效率且高精度的时变可靠性分析算法。在此基础上,提出了一种基于机构性能退化的扑翼机构时变可靠性分析方法,将关节间隙磨损的累积过程考虑在对扑翼机构动态性能的全寿命周期分析过程中,开展了扑翼机构的全寿命可靠性分析,为扑翼机构全寿命周期优化设计提供理论基础。（4）构建时变可靠度为约束的扑翼机构传动效率优化模型为了提升扑翼机构的传动效率,在扑翼机构时变可靠性分析的基础上,构建了以扑翼机构动态传动效率为目标的扑翼机构优化设计模型。其中以实现机构扑翼运动为基本约束,以保证扑翼机构安全运行的时变可靠度为约束,以最大化动态传动效率为优化目标,对扑翼机构杆件尺寸进行优化设计。通过基于扑翼机构传动效率的扑翼机构可靠性优化设计,实现了对仿生扑翼微型飞行器的能量利用率和续航能力的提升。