双轮自平衡车是一种基于倒立摆模型设计的新型短途交通代步工具。其突出特点是体积小、结构简单、运动灵活、节能环保,能够零半径回转,适用在狭小空间内活动。其基本工作原理是依靠从姿态传感器实时获取的姿态信息,结合平衡算法驱动运动,纠正偏差,从而保持自身动态平衡。针对目前双轮自平衡车成本高,普及程度低的现状,本文基于低成本姿态传感器,提出了一套完整的双轮自平衡车设计方案,并通过组装样机验证该方案的可行性。首先,本文在系统需求分析的基础上,从机械结构、动力系统、控制系统硬件和软件、人机交互五个方面入手,提出了双轮自平衡车的总体设计方案。其次,设计了应用于双轮自平衡车的PD控制算法,并以此为基础,设计了模糊自适应PD控制算法,通过ADAMS建立了双轮自平衡车的动力学模型,通过基于ADAMS和MATLAB的联合仿真实验对两种算法进行验证和对比,为改进设计和控制策略提供理论基础。然后,设计了以时间片轮询为主的任务调度系统,从姿态信息读取和处理、Kalman滤波器设计、平衡算法实现和转向程序设计四个方面入手,设计了双轮自平衡车的软件系统,并基于Android开发了自平衡车APP,用于实现一定的人机交互功能。最后,利用实验室现有条件组装了样机，设计了相应的硬件和软件,对本文的设计方案和平衡算法进行了验证。实验结果表明该系统具有良好的控制效果,稳定性较高,从而验证了理论分析的正确以及该设计方案可行有效。