人形机器人因其具有类似人类的外形,使其更容易被大众接受,从而成为了目前机器人研究领域中的热点。随着人形机器人技术的发展和系统功能的复杂化,软件控制已经成为了人形机器人研究领域的重点。通过对国内外典型的人形机器人进行研究分析可知,其软件控制系统基本经历了从集中控制到模块化控制、再到具有分布式架构、最后到使用机器人软件平台的四个阶段,但仍面临着软件通用性不足、不易于移植和代码复用率低等问题。为此,本文基于DARwIn-OP2人形机器人的机械外壳,在设计的双控制器硬件系统上,基于ROS设计了具有分布式架构、易于移植和扩展、代码复用率高的人形机器人软件控制系统,并以模块化的方式对各模块和功能进行设计。本文的研究内容主要包括以下几点:首先,对国内外典型的人形机器人及其软件控制系统进行了分析和总结。对比分析多款机器人软件框架,选用ROS作为软件框架,对人形机器人的软件控制系统整体架构进行了设计。其次,基于ROS完成了机器人双目视觉系统的设计。设计了图像分割节点,实现了左右目摄像头图像的采集,并通过标定实验获取了对应参数。基于HSV颜色分割和霍夫圆检测设计了小球检测节点,实现了对红色小球的识别。使用OpenCV的SGBM算法进行双目立体匹配,基于三角测距原理设计了测距节点,在400mm到1000mm的距离间对小球进行多次测距实验,结果表明满足人形机器人对小球的测距要求。然后,对机器人的关节自由度进行了分析和配置,并对其角度活动范围进行了限制。在此基础上,使用DARwIn-OP2的机械外壳,通过编写URDF文件和配置Gazebo属性,搭建了机器人的仿真模型和环境。随后,对运动控制模块、行为控制模块和机器人控制模块进行了详细的分析和设计。主要包含头部控制追踪小球的功能节点设计;基于Moveit!对机器人的运动规划组节点进行了设计,并提出了一种踢球动作的设计步骤;基于ros＿control对机器人的虚拟和真实硬件接口配置进行了介绍和设计。最后,在Gazebo仿真环境下对人形机器人的功能进行了仿真验证。通过仿真实验,实现了在Gazebo仿真环境下头部对小球的追踪,基于Moveit!的C++API进行编程实现了多轨迹连续运动规划和踢球动作,并对仿真环境中的机器人进行了实时控制。实验结果表明,本文设计的软件控制系统及功能模块具有可行性,为后续真实机器人的控制奠定了研发基础。