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随着生产制造业向数字化、网络化、智能化的方向发展,工业机器人以其高效、精准、灵活的特性受到了生产制造多个领域的青睐。控制器作为工业机器人的控制中心,直接决定了机器人的控制性能。从国产化工业机器人系统尤其是控制器开发研究出发,系统研究了基于开源RTOS实时多任务平台、具有开放结构的工业机器人通用控制器系统的关键技术和开发实现。机器人通用型控制器系统软件由运行于Windows的系统配置与参数管理软件和运行于Linux+Xenomai双内核实时操作系统的控制器运行系统软件组成。功能上以软PLC模块和机器人运动控制模块(RC)为核心,以工业实时以太网总线作为伺服通信总线。系统支持友好的机器人操作和开发环境、提供与外部传感器的实时通信接口和典型高速伺服总线通用通信接口,可根据不同需求开发机器人应用程序控制伺服系统及I/O设备完成不同作业任务。本文首先综述了国内外工业机器人控制器技术的研究现状,阐述了现代工业机器人控制器系统所应具备的技术特点和发展趋势。然后通过分析工业机器人通用控制器的功能需求和性能要求,给出了工业机器人实时多任务软件设计架构中各实时任务功能的分配和任务间通信原理设计。针对控制器系统通用性和应用编程要求,详细给出了系统配置与参数管理软件中机器人系统参数配置模块、支持IEC61131-3标准编程语言的PLC编程模块、传感器实时通信接口配置模块和管理配置软件与控制器系统通信模块的设计原理和实现;针对机器人智能控制的需求,提出了控制器运行系统中机器人运动控制模块的改进方案。就机器人内部模型、插补运算器任务给出了优化过程,重点论述了外部传感器实时通信接口任务的设计原理和实现过程;针对控制器高速伺服总线接口通用性需求,研究了用于运动控制的工业实时以太网总线技术原理并具体分析了EtherCAT与POWERLINK总线技术。在此基础上,重点论述了基于EtherCAT和POWERLINK软主站的高速伺服总线接口任务的设计实现过程。针对系统可靠性的要求,优化了软PLC模块与机器人运动控制模块和伺服接口模块的通信机制。最后,本文以工业控制计算机(IPC)作为控制器系统软件运行的硬件平台,对传感器实时通信接口和通用高速伺服总线接口进行了模块测试,并以ER4型六自由度机器人作为控制对象,开发了柔顺插孔应用简化实例,验证了本文设计的工业机器人控制器系统的正确性和有效性。