两轮自平衡移动机器人属于轮式移动机器人的范畴，其运动灵活、结构简单、适应不同工作环境的特点使其在民用和军事上有着广阔的应用前景；同时因为两轮自平衡机器人是一个本征不稳定典型控制系统，具有多变量、高阶次、非线性和参数不确定等特点，使其成为验证各种控制算法的理想平台。因此，两轮自平衡机器人的研究具有十分重要的现实意义和理论意义。　　 本文在北京工业大学人工智能与机器人研究所原有两轮自平衡机器人研究的基础上，重点研究了研究所自主研发的新型两轮自平衡机器人。通过机器人物理实体的安装、硬件电路部分的调试，对机器人控制系统和感知系统有了深入的了解；分析了两轮机器人自平衡原理，为其自主移动的控制方法研究打下基础。接着通过分析两轮自平衡机器人的运动特点，得到其运动学模型，利用拉格朗日方程建立了机器人的动力学模型，为控制方法和控制策略的研究奠定基础。　　 在控制方法研究中，首先设计了线性二次型最优控制器，这种线性控制器在仿真研究中都取得很好的控制效果，并有较好的鲁棒性，但由于这种控制方法是基于线性化模型的，并且物理系统本身复杂性等因素，导致在物理平台实验结果并不理想。接着，本文研究并实现了PD控制算法，它可以不基于精确的系统模型，控制器设计简单易行，在物理系统平衡实验中，可以实现平衡控制，但机器人在平衡角度附近振动明显。　　 接着，采用模糊控制的思想，在研究了PD控制器在物理实验中效果的基础上，建立了控制规则表式的PD控制器。此控制方法是在分析PD控制实验的基础上，建立机器人不同状态下PD控制参数表，机器人平衡过程中根据姿态实时的自主调节PD控制器参数，物理实验中获得了很好的控制效果。　　 最后，在两轮自平衡机器人行为伺服控制方面，主要研究了机器人的自由平衡、定点平衡、直行、转弯及机器人负载的运动。实验结果显示设计的两轮自平衡机器人能够满足实时的动态特性要求，验证了机器人系统设计的合理性，为进一步研究智能控制算法和进行学习控制提供了坚实的基础和良好的平台。