随着技术的发展，复合材料复杂曲面工件在航空航天与各种重大工程领域应用越来越广泛。但是复合材料工件在生产制造过程中产生的缺陷会严重降低关键件的安全性和可靠性，航天制造业必须通过检测确保这些关键零部件的生产质量。超声无损检测是其中最为有效和实用的检测方法之一。但是对于复合材料复杂曲面工件，为了保证检测的准确性，要求检测时超声换能器沿着曲面的法线方向，因此，传统的方法和设备很难对复合材料复杂曲面工件进行良好、高效的检测。六自由度关节机器人，可以实现空间里任意位姿的运动，末端夹持超声换能器时，可有效解决复杂曲面的超声检测。但当被检测工件是封闭曲面，内部空间又比较细长狭窄时，受到关节机器人的操作空间和自身尺寸的限制，无法完成检测任务。若在机器人上增加一些辅助运动，二者复合起来，可以有效解决狭小空间里的检测难题。由于机器人的运动和辅助运动是相对独立的运动，需要事先处理好两个运动的协调关系。另外，加在机器人末端的辅助运动机构，会影响到机器人本身的运动性能，需对其结构形式及运动形式进行优化。本文采用在双机械手超声无损检测系统中增加移动轴和延长杆的方法（增加的轴被称为扩展轴），解决一端封闭的回转体复合材料曲面工件的超声自动检测问题，分析了系统的组成特点，研究了系统的控制方法。主要研究内容分为两个部分，一是扫查运动的轨迹规划，包括扫查轨迹规划策略，离散点位姿求取、点位位姿坐标变换和轨迹加减速规划；二是双机械手和外部扩展轴的同步控制，包括双机械手的通信和运动轨迹耦合方法、外部扩展轴和机械手运动同步方法和超声采集信号的同步触发技术。通过实验对系统的同步运动性能和同步触发性能进行了验证，并对系统的检测性能进行了评估。