随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展,直流无刷电动机得到了长足的发展。直流无刷电动机的发展又推动了轮式机器人的发展。两轮自平衡机器人属于轮式机器人的范畴,它结合了自主移动的思想,具有体积小、结构简单、运动灵活等优点,适于在狭小和危险的空间内工作,有着广泛的应用前景。本文首先研究了两轮自平衡机器人的机械本体,在对几种常用电机进行比较后,选择了无刷直流电机作为机器人的驱动元件,而后详细的阐述了直流无刷电机的结构、工作原理、数学模型和控制方法,介绍了GPS和MEMS系统。其次,根据选用的电机,采用TMS320LF2407 DSP作为本系统的主控芯片,选择了合适的加速度计、陀螺仪和GPS模块作为系统的传感器。设计了以TMS320LF2407为核心的主控电路、以IR21362为核心的电机驱动电路、系统电源电路和通讯电路,在TI的CCS3.1环境下编写了系统软件,而后进行了硬件调试和软件调试。最后,对两轮自平衡机器人的自平衡控制方法和自主导航方法进行了研究。在对两轮自平衡机器人的车轮和车身进行数学建模的基础上,得到了系统的传递函数,采用LQR控制器对机器人进行自平衡控制,并用simulink进行仿真,获得了期望的平衡效果;在路径规划方面,主要讨论了两轮自平衡机器人的三种运动方式,即直线运动、原地转动和转弯运动;建立了适合本系统的联合Kalman滤波器模型,提出了联合Kalman滤波器的信息分配系数的确定算法,并用MATLAB进行相关仿真实验,保证了自主导航系统具有较高的精度和良好的动态性能。