移动机器人作为一种生产和服务工具，广泛应用于各个领域。它们可以代替人们完成日常工作，也可以代替人们在恶劣环境中工作。两轮自平衡机器人是一种新型的移动机器人，它不同于其他移动机器人，是一种典型的非线性、欠驱动、静态不稳定系统，这种新类型移动机器人成为了机器人领域中的研究热点。　　本文主要是针对两轮自平衡机器人运动控制进行研究与设计。利用搭建的两轮自平衡机器人硬件平台和建立的数学模型，对其平衡运动、位置控制、轨迹跟踪、规避障碍等两轮自平衡机器人在实际应用时会遇到的运动控制情形进行分析，并进行控制算法研究和控制器设计。在Codesys开发平台上实现算法和控制器的相关代码，设计控制界面，进行各种运动控制实验。本文主要进行了如下的研究工作：　　1）搭建两轮机器人硬件模型，制定平衡与运动的控制方法。采用层叠式整体框架结构，选择主控元件、电机及驱动模块、加速度计、陀螺仪、超声波传感器、摄像头、电源等元器件搭建机器人硬件模型。以该机器人为对象，利用牛顿动力学方法分别对电机、车轮、车身建模，综合三者模型建立了机器人整体的数学模型。以这些模型作为依据，采用多环PID控制方法实现机器人的平衡与运动，PID控制环包括平衡控制环、运动控制环和伺服控制环。　　2）机器人姿态信息获取、处理和融合的方法研究。针对机器人姿态准确测量的要求，首先利用集成了加速度计和陀螺仪的MPU6050芯片，采集两轮自平衡机器人的各个轴的加速度及角速度；然后结合加速度计和陀螺仪数据特点，综合应用低通滤波算法、均值滤波算法和卡尔曼滤波算法对其进行滤波处理，以获得准确的机器人姿态信息。　　3）机器人的位置控制和轨迹跟踪研究。对机器人位置控制问题和轨迹跟踪问题展开分析，建立了位置控制和轨迹跟踪的运动模型，设计了相应的控制器，并构造了李雅普诺夫函数说明了控制器的合理性。对设计的方案进行试验测试，分析测试结果，验证了方案的有效性。　　4）两轮机器人远程避障和自动避障实施。远程操控避障是通过在机器人上装载摄像头以实时采集视频，通过WIFI将视频传给PC端或移动端，操控者以视频为参考实施避障。自动避障是通过超声波传感器进行障碍物检测和距离测量，据检测结果为机器人制定控制策略使其能在一定距离内自行避障。　　5）两轮机器人控制软件开发与实验测试。以Codesys为开发环境，完成各传感器信号的采集与处理和PID、位置控制、轨迹跟踪、远程避障、自动避障算法的编写，设计了机器人控制界面。在该软件基础上进行了卡尔曼滤波参数对滤波的影响实验、机器人姿态平衡控制实验和抗干扰实验，对本文控制策略进行了验证。