独轮车机器人作为一种结构简单的自平衡轮式移动机器人,外形灵巧纤细,运动灵活自如,具有广泛的应用前景。与其他自平衡机器人不同,独轮车机器人支点单一,是一种特殊的动态稳定机器人。另外,由于它的非线性、强耦合、欠驱动等特点,涉及学科众多,在平衡控制方面更加复杂,不仅需要控制其横滚方向和俯仰方向的平衡,还要进行航向的运动控制,因此,为独轮车机器人和控制理论与应用等多学科的研究与实践提供了一个良好的测试平台,在自动化领域具有很强的科研意义和应用价值。本论文所研究的独轮车机器人是在实验室前人的基础上进行的,此机械结构大体可分为行走轮机构,横滚平衡机构和航向控制机构。独轮车机器人可通过控制行走轮的速度控制俯仰方向的平衡,通过平衡杆控制车体横滚方向的平衡,通过车体上的航向驱动电机控制行走轨迹。本文基于Appell方程建立独轮车机器人的动力学模型,针对线性控制设计了滑模控制器和鲁棒控制器,使用Matlab对所设计的控制器进行平衡控制仿真。通过仿真实验可得出,独轮车可实现在俯仰方向、横滚方向和航向上的控制,并且具有一定的抗干扰性。在此基础上,又设计了一款新型独轮车机器人,其行走机构为两个固定在一短轴上的行走轮,以此解决车体的横滚方向上的平衡问题,又不失其体积小,行走灵活的优点,对其基于Appell方程进行了动力学建模,在模型的俯仰子系统上进行了线性滑模控制和非线性神经网络控制的仿真实验,其中对线性滑模控制器进行了 Adams-Matlab仿真实验,仿真结果验证了所设计控制器的有效性。