实时是构建复杂、安全、可靠的机器人系统的基础,传统的机器人软件系统已经无法同时满足仿人机器人的复杂性和实时性要求,实时控制问题在制约仿人机器人的发展。因此,需要对机器人软件框架进行研究和优化,以实现高性能的仿人机器人实时系统。本文围绕仿人机器人系统的实时性问题,从操作系统到框架进行了端到端的分析,对制约实时性的主要环节进行了重点优化,实现了端到端的机器人实时系统。具体研究和设计内容包括:一、在分析操作系统和控制总线的实时优化方式的基础上,选择硬实时操作系统和工业以太网总线作为仿人机器人控制系统的底层软件平台,对QNX和EtherCAT的实时性能进行了实验对比,并搭建仿人机器人软件模块框架。二、介绍机器人中间件实时化的理论方法和具体方案,选择广为使用的ROS作为仿人机器人中间件。并在移植到QNX的基础上,为ROS加入回调函数队列调度和消息队列优先级调度,使紧急和重要的消息优先得到传输处理,实现中间件的实时化。三、对优化后基于ROS的仿人机器人系统进行实验测试,分别验证ROS移植的可行性、回调函数优先级调度和消息优先级调度对ROS数据分发处理实时性的提升。最后,通过在大型仿人机器人平台上的实际运行,验证该实时系统的控制效果。本文的研究目的是探究仿人机器人实现高性能实时优化的方式,对硬实时要求的机器人、特别是仿人机器人的端到端硬实时控制系统的优化具有良好的借鉴价值。