独轮车机器人属于典型的非线性、欠驱动和强耦合控制系统。它在运动过程中需要实现全方位运动平衡控制，这是其转弯运动理论与实验研究的前提和基础。为此，本文以一种三驱动独轮车机器人为对象，主要完成了以下几个方面的工作：　　(1)基于查浦雷金方程，对独轮车机器人系统进行了运动学和动力学分析，采用机械化建模方法为其建立了动力学模型。　　(2)完成对现有一款独轮车机器人的改造，对其机械结构进行改进，提升了行走轮、摆轮关节的驱动能力。该测控系统以工控机为算法处理和控制运算核心；以数字信号处理器TMS320F28335为信号处理和数据采集单元，辅以惯性测量单元(IMU)、增量式光电编码器和电流传感器对系统的状态进行了测量，并且引入ZigBee无线数传模块作为上、下位机之间数据通信的传输方式。独轮车机器人的改造为后续的实验提供了良好的平台。　　(3)针对独轮车机器人全方位运动提出基于模糊自整定的部分反馈线性化控制器，并对其进行了数值仿真实验，验证了该控制器的有效性和优越性。　　(4)在样机基础上完成独轮车机器人的侧向平衡运动控制实验、俯仰平衡运动控制实验和全方位平衡运动控制实验，进一步从样机实验的角度检验控制器的有效性。　　(5)在Adams环境下建立独轮车机器人虚拟样机模型，以全方位平衡运动控制为前提设计了航向控制器，并联合Matlab完成其S形转弯平衡运动控制的仿真实验。分析摆轮动力学参数的影响，发现了减轻摆轮质量而增大其转动惯量能快速提高侧向平衡运动控制的效果，进而改善独轮车机器人在转弯变向时的动态响应。