曲面柔性制孔末端执行器可以安装在工业机器人或者柔性轨道上组成曲面柔性制孔机器人，它是机器人自动化柔性制孔的关键部件。其主要功能是进行曲面外法向矢量的在线测量与计算，进行法向姿态调整，对被制孔部件的材料实施压紧后制孔。它不仅可以在机身、翼面及尾翼等小曲率部位进行精确制孔，而且可以在起落架、引擎等空间小、曲率大的部位进行自动化制孔。与使用托架进行法向姿态调整并配有大量刀具的大型高刚性复杂自动化制孔设备相比，它具有灵活方便、低成本、模块化、高度柔性以及更好的人体工学等优势。因此，曲面柔性制孔末端执行器在航空制造与装配业中具有广阔的应用前景。　　 本文从工程应用的角度出发，对曲面柔性制孔末端执行器的运动学特性和动力学特性进行了分析，提出了一种曲面外法向矢量的快速测量与计算方法，针对法向调整单元设计了不同的动力学控制策略，并进行了仿真与实验对比;针对进给单元设计了两种位置控制策略，并进行了实验对比;针对压紧单元设计了力控制策略与力/位置混合控制策略，并进行了实验验证。论文的主要研究工作如下:　　 1.在曲面柔性制孔末端执行器运动学分析的基础上，采用均匀布置在主轴四周的四个位移传感器，测量出曲面在制孔点区域的四点坐标，计算出空间中与这四个坐标点相切的球面，联结球心到制孔点的矢量即可得到曲面在制孔点处的外法向矢量。仿真结果显示，该方法的法向测量与计算精度明显高于三点法曲面法向矢量的测量与计算方法。　　 2.分析了末端执行器法向姿态调整的动力学特性，建立了末端执行器法向调整单元的动力学模型。提出了基于模型的比例-微分(PD)控制策略和基于模型的滑模变结构控制策略。仿真结果显示，滑模变结构控制策略的控制精度更高，鲁棒性更强。　　 3.应用基于MATLAB RTW的xPC目标环境搭建了实时控制实验平台，针对法向姿态调整的动力学控制，提出了基于非线性积分链式微分器的滑模变结构控制策略和模型参考自适应控制策略。实验结果显示，模型参考自适应控制策略控制精度更高，鲁棒性更强。　　 4.应用矢量积法求解了曲面柔性制孔机器人雅克比矩阵，规划了末端执行器每个旋转关节的运动轨迹。然后根据机器人末端的轨迹要求，设计了轨迹规划器，由轨迹规划器计算出制孔机器人其它关节的轨迹，并由各自位置控制器进行控制。　　 5.建立了末端执行器进给单元的动力学模型。针对进给单元的位置跟踪控制，提出基于降维状态观测器的极点配置状态反馈控制策略和模型参考自适应控制策略。实验结果显示，模型参考自适应控制策略控制精度更高，鲁棒性更强。　　 6.建立了末端执行器压紧单元的动力学模型。针对压紧单元力控制，提出了压紧单元模型参考自适应力/位置混合控制策略，设定了相应的约束条件，在压紧头与材料接触之前采用位置控制，接触之后切换为力控制。实验结果显示，压紧单元由位置控制转换到力控制切换平稳，冲击小，精度高。