当前,机器人已广泛应用在工业领域,并逐步向家用、服务业、军事等领域扩展。但是在向多领域深层次的扩展过程中,机器人技术的研究与发展面临着巨大的挑战。尤其是在具有多个计算节点的复杂机器人、多机器人系统等环境下,传统分布计算技术与机器人这一新型载体相互交叉,涌现出诸多新的问题。其中之一即为机器人分布计算过程的实时性保证问题。机器人作为物理世界的直接参与者,其行为必须遵守物理世界中各类时间相关的约束,否则会导致其工作任务失败,甚至产生灾难性的后果。对于机器人分布式应用,这一约束同样重要,其实现需要底层的分布计算框架提供必要基础设施。现有的主流机器人分布计算框架(如ROS、OROCOS等)均缺乏对分布环境下实时性的完整支持。本文围绕机器人分布式应用的实时性保证问题,提出了面向机器人分布式应用的实时性保证模型,在此基础上实现了消息及端到端两个层次上的实时性保证机制。具体包括:一、在对机器人分布计算框架和实时中间件等相关技术进行深入分析的基础上,凝炼机器人分布式应用在实时性方面的共性需求,提出了涵盖消息实时性、端到端实时性等层次的机器人分布计算框架实时性实现模型。二、以开源机器人分布计算框架ROS为载体,设计实现了机器人分布计算环境下的消息实时性支持机制。该机制以OMG组织的实时中间件规范DDS为基础,通过引入ROS/DDS协议插件,将DDS集成到ROS内核的通信层,从而为消息传递提供表达时间约束和特性的手段。三、以开源机器人分布计算框架ROS为载体,设计实现了机器人分布计算环境下的端到端实时性的支持机制。该机制根据上述已实现的ROS消息实时属性来确定处理该消息线程的优先级,并通过修改ROS内核中的线程优先级调度策略,确保优先级高的消息被优先处理。四、以扩展了实时性保证能力的机器人分布计算框架为平台,开展了功能测试和性能对比测试,对本文工作的有效性进行了验证。本文是对机器人分布计算环境下实时性保证技术实现的一次有益探索,研究成果对于在机器人分布计算环境下实现网络消息传输的实时性以及多计算节点之间协同完成任务的实时性具有良好的理论价值和实践意义。