独轮车机器人作为移动机器人领域的一个重要组成部分,同以往的四轮,三轮或者两轮移动机器人相比其动力学建模和控制问题更加困难,该机器人与地面只有一个接触点,属于非完整约束,在控制俯仰平衡的同时还需要控制横滚平衡。独轮车机器人因为其自身结构上的特点,决定了它具有多变量、强耦合、高度非线性,欠驱动和静态不稳定动态稳定等特点,其姿态的平衡控制问题,对于控制理论与控制工程具有很大的挑战性。本论文的研究涉及到了分析力学、机器人学、控制理论与应用、MATLAB应用、神经网络智能控制等多学科的内容。本论文以一种能够实现自平衡运动的独轮车机器人为研究对象,在机器人的机械系统方面分为行走轮机构,横滚平衡机构以及航向控制机构,其车体在行走轮电机的驱动下可以实现俯仰平衡,车体上设计有平衡杆,该平衡杆用于实现车体的横滚平衡,车架上安装了专门用于航向控制的航向驱动。本文基于Routh方程建立了独轮车机器人的动力学模型,针对线性控制以及非线性控制,重点设计了PID控制器,LQR控制器,PID&LQR控制器,离散控制器以及基于RBF神经网络自适应控制器,采用Matlab中的Simulink模块和S-function模块对设计的控制系统进行了平衡控制仿真。从仿真实验结果中可以得出,通过上述控制器可以使机器人在2S左右的时间内实现俯仰、横滚以及航向三个方向的控制。在本文的最后介绍了独轮车机器人的实物样机初步搭建,分别介绍了机器人的机械系统和软硬件控制系统,为后续研究做了铺垫。独轮车机器人是典型的非线性,强耦合,欠驱动,时变系统,该机器人的研究和发展对控制科学领域和机器人学领域均有着深远的意义。