El manipulador aéreo no tripulado (UAM) es una especie de robot aéreo que combina una aeronave quadrotor y un manipulador a bordo. Este artículo se centra en los problemas de diseño de estructura, modelado de sistema y control de movimiento de un UAM aplicado para muestreo de agua. Se ha diseñado un UAM novedoso, ligero y accionado por cables. Los motores de accionamiento instalados en la base transmiten la fuerza y el movimiento de forma remota a través de cables, lo que puede reducir la relación de inercia del manipulador. Se adoptan el método de Newton-Euler y el método de Lagrange para establecer el modelo del quadrotor y el modelo del manipulador, respectivamente. También se tienen en cuenta las perturbaciones externas, la incertidumbre del modelo y la flexibilidad de las juntas en los dos submodelos. El quadrotor y el manipulador se controlan por separado para garantizar la operación aérea precisa del UAM. Específicamente, se diseña un método de control por retroceso con la técnica del observador de perturbaciones (BC-DOB) para el control del bucle de posición y del bucle de actitud del quadrotor. Se ha desarrollado un control de modo deslizante terminal rápido integral por retroceso basado en el observador de estado extendido lineal (BIFTSMC-LESO) para el manipulador con el fin de proporcionar una manipulación precisa. El DOB y el LESO sirven como compensadores para estimar las perturbaciones externas y la incertidumbre del modelo. La teoría de Lyapunov se utiliza para garantizar la estabilidad de los dos controladores. Se realizan tres casos de simulación para probar el rendimiento superior del controlador del quadrotor propuesto y del controlador del manipulador. Todos los resultados muestran que los controladores propuestos ofrecen un mejor rendimiento que otros controladores tradicionales, lo que puede completar bien la tarea de muestreo de calidad del agua.