随着社会经济发展,当前对于移动机器人的需求不断被提出,且机器人也不断往智能化方向发展。双轮平衡机器人体积小、运行灵活,在室内空间展现了独特的优势。双轮机器人自身不稳定性的特点,使其运动控制变得不易,因此当前对于双轮机器人定位建图的研究也较少。针对上述情形,本文研究了基于模糊算法的双轮机器人控制系统,并且在平稳运行的基础上设计了同步定位与建图算法。本文具体工作如下:首先,对双轮机器人的整体框架使用分层式架构进行设计分析,并对其倒立摆平衡原理进行说明。针对双轮机器人的运动特点使用牛顿欧拉法进行数学建模,分别对机器人的车轮和机身进行运动学分析,得到输入力矩与机器人倾角、速度和航向角之间的关系式,将其在零点附近线性化处理,并解耦成直行和转向两组状态方程;对方程的稳定性分析,计算其能控性矩阵证明双轮机器人是静态不稳定但可控的系统。其次,在双轮机器人能控的基础上设计直行和转向PID控制系统,为优化控制性能,针对直行系统提出了模糊控制。为简化模糊规则先设计了融合函数对机器人的反馈量整合,针对平衡倾角设计了双输入双输出的二型模糊控制器,针对速度控制设计了双输入三输出的二型模糊控制器,分别设计了模糊控制器的前后件和模糊规则。在Simulink中进行多组不同条件下的仿真实验,表明模糊控制算法具有更好的快速性和鲁棒性。再次,在双轮机器人可以稳定运行的基础上计算分析了双轮机器人的里程计和激光雷达检测模型,设计了基于图优化SLAM的算法框架及栅格地图的建立流程。将扫描点转换并做连续性处理,基于优化的方法设计了前端数据匹配算法;对前端产生的误差做回环检测添加约束,基于非线性最小二乘的方法设计了后端优化的算法流程。在Gazebo和RVIZ仿真软件中对图优化SLAM算法进行实验,证明其建图准确性。最后,设计并搭建了双轮机器人硬件实验平台,针对模糊控制算法和图优化SLAM算法设计运动控制系统和激光建图系统。对机器人的运动系统设计了倾角、速度控制实验,并在干扰下验证了机器人模糊系统较优越的控制性能。在结构化实验室和长走廊的环境中进行建图实验,分析图优化SLAM算法的建图效果。