小型无人直升机具有垂直起降、悬停、低速巡航、高机动性等特性,因此已被广泛用于各个领域。无人直升机的操纵机构相对于其他无人飞行器较为复杂,需要其特有的操纵机构即斜盘机构来实现对主旋翼的总距控制及周期变距控制,从而实现对直升机飞行姿态的控制。小型无人直升机操纵机构的精确运动学模型对于求解驱动器输入是至关重要的,且其精确动力学模型能为后续小型无人直升机飞控系统的设计提供基础。直升机操纵机构是一个具有多支链的并联机构,输入输出之间具有复杂的非线性关系,可认为是一个多体系统,故建立其运动学模型和动力学模型较困难。本文首先结合直升机操纵机构的典型执行动作,采用李群论对操纵机构的所有可用支链进行了详细分析,然后选择合理的支链形式,并采用三个旋转舵机作为驱动器,提出了一种适用于小型无人直升机的无小翼操纵机构,并采用螺旋理论对机构的自由度进行了正确性验证。本文结合并联机构的特性对操纵机构进行了运动学分析,建立其完整的精确运动模型,得出主旋翼桨距角与操纵机构输入之间的非线性逆运动对应规律。对机构的速度和加速度特性进行分析,得出每个零件的雅可比矩阵,在精确运动学模型基础上采用遗传算法对操纵机构进行了空间优化。采用虚功原理对操纵机构进行逆动力学分析,利用各个零件的雅可比矩阵得到了操纵机构的逆动力学解,进而结合桨叶动力学模型和舵机模型建立了完整的小型无人直升机操纵系统数学模型。在软件Recurdyn中搭建操纵机构的刚体模型,在软件Matlab中搭建数学模型,经过联合数值分析对比计算结果与仿真结果的一致性,证明本文提出的操纵机构模型的正确性和有效性。然后对位姿信号分解进行舵机负载的仿真分析,可得三个舵机的等边三角形布置实现了负载的均匀分布,且操纵机构能实现对主旋翼总距和周期变距的有效控制。