变结构无人驾驶自行车是一种典型的非完整、非线性、多刚体、欠驱动系统,既可以实现静止平衡和两种模式（自行车模式与平衡车模式）下的运动平衡,又可以实现自行车模式和平衡车模式的灵活切换。该设计可以运用于多个领域,具有广泛的影响。一方面能够引起轮式交通工具的变革,将在物流、消防、公共运输等领域发挥不可估量的作用;另一方面可以为双足仿生机器人的研究奠定基础。具体研究内容包括:（1）动力学建模及稳定性分析。广泛查阅关于变结构机器人、无人驾驶自行车及平衡车的相关资料,结合实际,设计变结构无人驾驶自行车实验平台的硬件结构,分别采用凯恩（Kane）法和拉格朗日（Lagrange）建模法对变结构无人驾驶自行车的自行车模式和平衡车模式进行动力学建模,通过研究其动力学特性,对变结构无人驾驶自行车系统可控性及可观性进行分析。（2）搭建变结构无人驾驶自行车的控制系统。构建LQR控制器和基于卡尔曼滤波的LQR（LQG）控制器,分别使用这两种控制器,在Simulink环境下对变结构无人驾驶自行车系统进行仿真建模实验,得出两种控制器均可完成自行车模式下变结构无人驾驶自行车系统的运动控制,但是LQG控制器具有更好的控制效果。此外,搭建了PID控制器和基于卡尔曼滤波的PID控制器,分别使用这两种控制器完成Simulink环境下的仿真实验,分析仿真结果得出基于卡尔曼滤波算法的PID控制器具有更好的控制效果。（3）搭建变结构无人驾驶自行车硬件实验平台和软件操作平台。通过工控机采集实验平台的实验数据,根据实验数据得出四种控制器下实验平台的实际运行效果曲线,通过分析变结构无人驾驶自行车在不同控制器下的运行效果,对算法有效性进行验证。并且软件平台为操作变结构无人驾驶自行车硬件实验平台提供了友好的人机交互界面,使实验操作更加简单。最后,对在变结构无人驾驶自行车实验平台上所做的实验进行了总结,指出了实验存在的不足之处并对后续的研究工作进行了展望。