两轮自平衡机器人作为轮式机器人的一种，因具有特殊的结构、制造成本较低、体积小、有较强的地形适应能力、运动灵活的优点，在目前被广泛应用于服务、工业、娱乐业、办公室作业等，具有较为广阔的发展前景。因此两轮自平衡机器人具有很高的研究价值和商业价值。两轮自平衡机器人是基于两轮式倒立摆设计而成，本身就是一个多变量、非线性、本质不稳定的系统。因此，它也是实验室用来检验各种控制理论和控制方法的理想平台。本文从以下几方面对两轮自平衡机器人进行了研究分析：1．简要介绍了两轮自平衡机器人的工作原理、软硬件组成以及系统外围供电系统，介绍了主要硬件元件的性能及参数。2．我们用两种不同的方法建立了两轮自平衡机器人系统的数学模型，即牛顿力学方程法和拉格朗日方程法，并利用在平衡点附近线性化的方法，建立了线性化的机器人系统模型，分析了系统能控性、能观性以及稳定性。3．设计了机器人系统的极点配置线性状态反馈控制器和自适应神经模糊控制器，并进行了仿真实验研究对比分析。4．把设计的自适应神经模糊控制器应用到固高公司生产的两轮自平衡机器人中，并对其进行实时控制，达到了良好的控制效果，从而验证了我们设计的控制器在实际系统中的可行性。