两轮自平衡机器人控制结构复杂,变量数很多,一般状态下不稳定的非线性系统。正是由于控制难度大,因此作为典型的非线性系统,它可以用来作为控制理论正确性的依据,和验证算法好坏的平台。具有非常高的学术价值,一直被国内外科学家所重视。传统的两轮自平衡机器人的重心位置会影响机器人平衡的效果。另一方面,在机器人加减速或者上下坡过程中,无法保持车身始终竖直,作为代步工具时,会给乘车人带来不安全的乘车体验。针对这些问题,本文提出了一种主动摆臂两轮自平衡机器人,即在传统两轮自平衡机器人基础上增加了一个可以前后摆动的摆锤。本文对主动摆臂两轮自平衡机器人进行了简化建模的研究,根据运动学和拉格朗日函数法建立系统的运动学和动力学模型。其中,从平衡和直行两个角度建模并分析平衡点。利用所建立的模型,研究了平衡和速度控制的策略,使用PID和LQR控制器设计控制算法。本文进行了机械系统的设计,对各控制部分的元器件进行了选型,编写了软件程序,实现了样机。设计实验方案,进行各项性能检测的实验,全面验证了这种机器人的水平地面维持平衡、直行性能和上下坡性能,作为本论文设计方案优劣的依据,显示了本文提出的模型、策略以及算法的优异性。