仿人机器人由于能够代替人类完成一些复杂和困难的任务,被越来越多地应用于社会服务、空间探索甚至战争等场景。本文以实验室自研的仿人机器人为研究对象,为其设计了一套实时控制系统,为机器人的开发提供了基本的框架,为复杂任务的执行奠定了基础。首先,本文对实时控制系统的硬件进行了设计和优化。为保证关节控制性能,本文使用研扬BOXER-6841M高性能工控机作为中央控制器,使用“工业控制计算机+实时操作系统+工业伺服总线”的分布式控制架构,通过Ehter CAT高速总线控制左右臂、灵巧手和躯干,通过RS-485总线控制头部,通过Modbus总线控制履带。中央控制器的操作系统采用Linux内核与Xenomai内核共存的双核方案,兼顾了实时性与开发的便利性。为进一步提升操作系统的实时性,采用了CPU隔离、中断隔离等方法减少了其他进程对实时进程的干扰。随后,本文对中央控制器中的软件框架进行了设计。提出了层次化、高内聚、松耦合的软件框架,该软件框架分为内核层、硬件抽象层、实时控制层、智能决策层和用户操作层5个层级。本文中还为软件框架设计了操作界面,便于用户操作和监视系统状态。为实现软件框架中模块的数据接口并支持进程间的实时通信,本文提出了基于共享内存技术的字段式共享内存。字段式共享内存本质上是对Linux共享内存接口封装后的C++库,它在继承共享内存技术本身高性能的同时,能够有效提升开发者的编程效率,并保证进程间数据的安全性。然后,本文提出了组态化的模块开发协议,包括给出模块的基本状态定义、制定共享内存中数据接口的开发和使用标准等,并对模块的系统化管理方法进行了研究,使软件框架能自动、智能地管理所有遵循开发协议的用户自定义模块。基于此协议,本文以图像采集模块和分布式通信模块为例,给出了实际应用中模块的设计方法,并对其中涉及到的相关算法问题进行解决和优化。最后,为验证本文所提方法的有效性,本文在实际的仿人机器人上进行了一系列测试与实验。实验结果表明,本文设计的实时控制系统具有良好的实时性,进程间的通信性能较高,能够以较低的总线通信延迟、较高的位置控制精度控制主要的机电组件,并具备在综合性的任务场景中自主完成相应任务的能力。