两轮自平衡载具具有巨大的发展潜力和广泛的前景,已成为机器人研究领域中的热点。在对国内外两轮自平衡载具的研究成果进行总结和归纳的基础上,设计了一种两轮自平衡载具。该载具的两侧各装有一个直流无刷轮毂电机,使用者可以站立在载具的脚踏板上,通过改变身体重心来操作载具前进、后退和转向。所设计的载具包括机械和电路两部分。在设计载具的电路时秉持模块化的思想,将该电路分为主控制电路和电机驱动电路,两者均采用Cortex-M内核的处理器。主控制电路测量载具的运行姿态后,根据控制算法计算出电机所需的输出转矩,再将指令发送到电机驱动电路,控制无刷电机转动。给出了电机驱动器的测试波形,证明该驱动器能实现电子换向和闭环调速。在设计载具的机械本体时,从安全、舒适和简单的角度出发,讨论了载具的搭乘和操作方案,接着给出了载具的设计图及装配图。使用陀螺仪和加速度计测量载具的运行姿态。因为陀螺仪存在漂移问题,加速度计动态性能差,所以单独使用其中任何一种传感器都不能准确测量载具的运行姿态。为了满足测量要求,同时使用陀螺仪和加速度计测量载具姿态,并提出了一种滤波和数据融合算法,以弥补两者在测量载具姿态时的不足。通过搭建测试平台并实验,证明该算法能较准确地拟合出载具的姿态。针对载具的平衡和转向问题,分别建立了数学模型并设计控制算法。一方面设计了一种参数自整定控制算法,可根据载具的俯仰姿态计算出两侧电机的共模调速指令,实现平衡控制。另一方面根据载具的偏航姿态,使用PID控制算法控制两侧电机的差模调速信号,实现转向控制。该参数自整定模糊控制算法不需要设计者精心挑选控制参数,而是通过比较系统响应与给定之间的差别来对控制参数进行自整定,降低了控制器设计过程中对设计者经验的要求。文章末尾给出了在Simulink环境下的仿真结果和在小型载具模型上的实验结果,验证了该模糊控制算法的有效性。