两轮自平衡机器人结构简单,运动灵活,转弯半径小,适用于工作环境变化大、任务复杂的场合,如空间探索、地形侦察、危险品运输以及教育和服务机器人等领域。随着智能技术的发展,研究具有自主移动能力的两轮自平衡机器人成为主要趋势。两轮自平衡机器人具有高阶、非线性、多变量的特点,是一个动态平衡的欠驱动系统。本文研究了两轮自平衡机器人的自主定位、地图构建和路径规划问题。首先,综述了两轮自平衡机器人的自主移动研究中定位、建图和路径规划等问题的研究现状。然后基于机器人操作系统(Robot Operating System,ROS)设计了一种两轮自平衡机器人自主移动系统,详细介绍了其硬件、软件设计。其次,针对两轮自平衡机器人的静态不稳定的特点,易造成传统的视觉定位的精度和地图构建的精度下降。本文将惯性定位和视觉定位进行融合,降低了由于载体抖动对定位造成的影响。再次,采用八叉树模型来构建三维栅格地图,有效减小了存储资源的消耗。最后,研究了基于一种基于改进A*算法的路径规划问题,包括启发函数设计、动态加权评价函数的设计、以及路径平滑处理等问题。将上述研究应用于两轮自平衡机器人系统中,实测实验表明两轮自平衡车的定位精度提高了一倍以上,地图消耗的存储资源减少了90%以上,路径规划减少了路径成本和转弯次数,提高了算法的速度和路径平滑度,实现了两轮自平衡机器人的自主移动。