两轮自行车是一种复杂精密的机械结构,由简单机构装配而成,可以说他是人类最成功的机械发明之一。自行车机器人一个显著的特点是系统是无法保持自然稳定的高阶非线性系统,系统在静止的时候是不能够保持稳定的,但是当系统运动时,能够通过设计控制算法保持稳定的。自行车机器人具有本质非线性、时变和强耦合的动力学特征,是一个典型的非线性欠驱动系统。自行车机器人的前后两轮在一条直线上,整个车体在横轴和纵轴都受到非完整约束,而且车体的横滚角没有直接的驱动力来控制。正是因为自行车机器人的欠驱动以及非完整性,虽然它在结构上并不复杂,但是动力学模型却非常复杂。本文首次提出自行车运行状态切换的研究,并且实现了自行车运行状态切换的控制设计与仿真实验,一方面是加深了对自行车机器人的研究,另一方面为以后的路径规划做了铺垫。本文首先应用罗斯方法为自行车机器人建立了动力学模型,结合实际情况,分析了两种特定车把转角下的自行车原地定平衡的模型,并据此设计了控制算法,进行计算机MATLAB仿真；然后,得到用于描述自行车状态切换的动力学模型,为其设计控制器并且进行了Adams和MATLAB联合仿真；最后,介绍了一种用于采集机器人运行时各个参数的信息收集、存储系统。