具有控制力矩陀螺的两轮车机器人是一种结合普通自行车和Segway两轮车为一体的运动机器人。这种两轮车机器人既可以变成自行车,也可以变成Segway两轮车。在机械结构上,机器人引入了一对控制力矩陀螺,用于调节机器人的运动平衡。这种两轮车机器人能够在自行车和Segway两轮车两种状态之间实现任意切换,因此可以适应于宽窄不同的道路,可以非常好的应用于快递运输、仓库物流等行业。本文以具有控制力矩陀螺的两轮车机器人为研究对象,从两种控制误差的角度设计部分反馈线性化和滑模定位控制器,对平衡控制以及定位控制（点到点控制）的问题进行了实验研究分析,主要研究内容如下:（1）设计、验算、校核系统的机械结构,设计具有控制力矩陀螺的两轮车机器人三维模型,搭建两轮车机器人物理样机,调试测控和软件系统,分析双控制力矩陀螺机构对系统平衡的影响。（2）从运动学、动力学的角度对系统进行分析,基于Chaplygin方程建立系统的动力学模型,分别从逆动力学仿真和虚拟样机仿真两种角度验证动力学模型推导过程的正确性;借鉴足式机器人平衡理论,建立系统的ZMP模型,采用虚拟样机仿真进行ZMP模型的验证。（3）分别利用车架俯仰角和ZMP点误差作为控制误差项,设计部分反馈线性化定位控制器和滑模定位控制器,并分别进行系统稳定性分析;设计双控制力矩陀螺机构的运动控制器。（4）基于部分反馈线性化控制器,分别在陀螺静止和陀螺运动两种状态下进行两种控制误差项的定位控制仿真;基于滑模控制器,分别在陀螺静止和陀螺运动两种状态下进行两种控制误差项的定位控制仿真。在分析对比两种控制误差仿真结果的基础上,分别从控制器的角度和陀螺运动状态的角度横向和纵向对比仿真结果。（5）参考陀螺静止状态下的定位控制数值仿真分析,从多方面对比仿真结果,从部分反馈线性化控制和滑模控制中选择一种效果较好的控制器进行物理样机实验。首先进行两轮车机器人的PD平衡实验,再进行两轮车机器人0度车把、30度车把原地定车实验,基于以上两种基础实验,进行系统的定位控制实验,实验结果证明了机器人综合系统的可实施性,动力学模型的正确性和控制器的有效性。