两轮自平衡机器人是轮式移动机器人中重要的一类仿生系统，其运动平衡控制问题是机器人学和机器人技术研究中的重要问题之一。为了验证两轮自平衡机器人设计的有效性和提高两轮自平衡机器人设计的效率，本文采用虚拟现实技术对两轮自平衡机器人进行了仿真研究。取得了如下成果： 1、建立了机器人的运动坐标体系，及其等效简化结构的多刚体动力学模型和运动学模型，对两轮自平衡机器人进行了运动学和动力学分析，特别地，导出了其简化结构多刚体系统的lagrange动力学方程组，针对机器人在倾斜面上的运动，建立了两轮自平衡机器人特定运动模式下的数学模型；同时分析研究了两轮自平衡机器人重心位置不同情况下的性能变化情况。 2、参照两轮自平衡机器人实际的几何参数、物理特性，建立了两轮自平衡机器人的三维实体模型，并利用ADAMS的专业图形接口，创建约束，建立了三维虚拟现实环境中的两轮自平衡机器人的仿真模型。 3、在三维虚拟现实的环境中，应用PID控制方法实现了两轮自平衡机器人的姿态平衡控制和速度控制、越障控制。首先，证明机器人系统在稳定点邻域局部可控。然后，将系统解耦成为直线运动子系统和旋转运动子系统，分别控制两个子系统。最后，针对机器人直立平衡和速度控制、越障控制进行仿真实验与实际系统实验，实验结果显示控制方法可行。 本文的研究工作得到了国家自然科学基金的支持，相关研究成果已经得到国家知识产权局的软件著作权授权证书，所写论文被2009中国自动化学会二十四届青年学术年会正式录用。本文的研究工作对于两轮自平衡机器人在虚拟现实环境下的应用与实现具有一定的参考价值。