机器人控制器作为工业机器人三大核心部件之一,良好的通用性和灵活的拓展性是其系统技术发展的重要趋势。本文围绕工业机器人国产化需求,系统地研究了基于开源RTOS、支持组态编程功能的通用型机器人控制器系统软件的设计与实现。本文首先综述了国内外工业机器人控制器技术研究现状,阐述了基于软PLC并结合高速伺服总线的多轴机器人运动控制技术及其特点。然后,在分析了工业机器人控制器基本功能需求和性能要求的基础上,给出了基于EtherCAT总线的开放式控制器系统构架,控制器软件基于Linux/Xenomai双内核实时操作系统,遵循模块化的设计思想,以软PLC(逻辑与过程控制功能)和RC(机器人控制功能)为核心构成实时多任务系统,并借助EtherCAT开源协议栈代码,将EtherCAT软主站模块集成于机器人控制器系统内部,实现控制器与机器人伺服驱动系统、I/O系统的数据实时交互。文中结合机器人运动控制需求,论述了 RC进程任务中三个线程级子任务的设计原理,并详细给出了负责机器人程序解释执行的机器人语言解释器任务、面向具体机器人模型进行运动学计算处理的插补运算器任务、以及通过消息机制实现RC系统任务运行控制并能根据示教盒操作完成机器人示教/再现功能的RC运行管理任务的实现;接着针对机器人控制器的伺服通信需求,论述了基于EtherCAT软主站的设备接口层设计原理,并详细给出了伺服设备接口任务和I/O设备接口任务的实现;然后在阐述了控制器系统任务的基本运行管理原理的基础上,详细论述了基于Xenomai系统内核提供的共享内存和消息机制设计的控制器系统任务间的同步与通信机制,实现了软PLC与RC以及设备接口任务间的协作运行。最后,以南京埃斯顿机器人公司生产的ER4型6轴机器人作为系统验证平台,给出了系统的集成功能测试,验证了控制器设计实现的功能及有效性。