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针对两轮自平衡机器人的平衡控制问题，基于LEGO机器人构建两轮自平衡机器人本体，采用光电传感器作为倾角检测元件，替代传统的倾角传感器和陀螺仪，以降低成本且避免倾角传感器和陀螺仪的温度漂移。给出了该机器人的本体构成，根据Euler-Lagrange方法建立系统的数学模型，采用最优控制实现机器人的平衡控制。最后进行物理实验，实现了机器人的自平衡，效果比较好，具备一定的抗干扰能力，证明基于光电传感器的两轮自平衡机器人的控制是合理有效的。