基于力矩陀螺、Segway、Litmotor、普通自行车等四种机构,设计一种基于控制力矩陀螺的变结构两轮车机器人,该机器人具有两个车把驱动关节和两个车轮驱动关节以及一对控制力矩陀螺。相比现有的两轮车机器人,它不仅能灵活适应不同路况环境;同时其平衡性能也相对有所提高。目前,携带负载已经成为两轮车机器人具备的基本功能,负载变化会对系统平衡特性产生重要影响,如果能在具有控制力矩陀螺的两轮车机器人的质量特性研究上取得突破,那将为后续改变质量及质心位置情况下的物理样机的平衡控制提供重要理论依据。因此本文将针对质量参数对具有控制力矩陀螺的两轮车机器人的平衡影响问题展开研究,主要研究内容如下:（1）对系统进行运动学和动力学分析,并基于查浦雷金方程建立系统的动态响应二阶模型,最后依赖逆动力学仿真和虚拟样机仿真验证所建数学模型的正确性。（2）基于所得到的数学模型,进行小角度线性化转换成标准的状态方程,展开能控性和能观性分析。结合部分反馈线性化控制方法设计系统的平衡控制器,完成其稳定性分析。（3）从独立于控制器的角度研究改变车架质量大小及质心位置对系统平衡特性的影响规律。（4）从部分反馈线性化控制的角度,开展陀螺静止与陀螺运动情况下的仿真工作,并对仿真所得各状态变量的曲线图进行分析,从这一层面探索改变质量参数对系统动态平衡特性的影响规律;并且,保持质量参数不变,分析陀螺运动与陀螺静止情况下的仿真曲线图,探索引入陀螺力矩对系统平衡的影响。（5）进行两轮车机器人的硬件资源控制系统的设计与搭建,并通过上位机编写的程序对下位机以及各传感器进行调试,初步验证搭建的硬件资源控制系统的可行性;并开展变质量参数物理样机平衡实验,研究分析质量参数变化对平衡的影响规律,进一步验证样机的硬件资源控制系统的可靠性,部分反馈线性化控制器的有效性。