现今被广泛应用的移动机器人主要是轮式,履带式,足式等静平衡机器人,他们或多或少都存在着转向不灵活,需要占用较大的空间来维持自身稳定等弊端。单球驱动机器人的出现一定程度上解决了上述问题,优势明显。本文设计的单球驱动机器人具有简单的结构,通过动态平衡维持自身稳定,用圆球替代传统的轮子实现了机器人的无半径和全方位运动,运动灵活,即使在狭小的工作空间也具有较强的机动性,所以应用前景广阔。本文首先介绍了自主设计的单球驱动机器人系统的机械结构与电气结构,针对该系统分析动力学模型与运动学模型。其中重点分析了动力学模型,采用拉格朗日法以能量的方式建模,推导出一种完整的三维动力学模型,该模型不仅考虑了系统存在的强耦合性,而且可得到单球驱动机器人动力学模型的二阶非线性微分方程形式,为今后的非线性控制算法的研究提供基础。同时,采用“必要条件”法与虚拟样机模型进行验证,证明该模型在一定程度上可用来描述单球驱动机器人系统。单球驱动机器人是一个典型的非线性、多变量、高阶次、强耦合和静态不稳定系统,也是一个非完整的欠驱动系统。为了实现对机器人的平衡与运动控制,同时满足控制算法的可行性,实用性,实时性,稳定性,本文设计了一种并联模糊PID方法,实现了单球驱动机器人的平衡控制和运动控制,通过Simulink仿真实验,验证控制策略的可行性,同时该控制器对外界扰动具有一定的自适应性。最后,完成对单球驱动机器人系统实验平台的软件设计,将提出的控制策略等技术应用到单球驱动机器人物理实验平台上,验证控制策略的可行性,实现对单球驱动机器人的控制。