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两轮自平衡机器人属于非线性、时变、欠驱动、非完整约束系统，是一类重要的科学研究和实验研究机器人。而柔性两轮自平衡机器人的突出特点是连接机器人上下部的弹性腰椎，更具有仿生性质。对柔性两轮自平衡机器人运动平衡控制问题，既是机器入学研究的重要问题，也是控制科学研究的重要问题，具有重要的理论意义。
本文作者参与设计了柔性两轮自平衡机器人系统，并对系统进行了运动控制方面的研究，取得了以下研究成果：
第一：柔性两轮自平衡机器人的物理系统
本文搭建了柔性两轮自平衡机器人的物理系统。针对国内外两轮自平衡机器人研究的现状，参与设计了柔性两轮自平衡机器人的物理平台，包括机器人的电气系统，控制系统，电源系统。该系统的特点是在机器人的腰部装有柔性的机体结构，能够更好的模拟人和动物的生物动力学特性，具有更好的仿生性质。本文的机器人系统为进一步的机器学习的研究提供了良好的平台。
第二：柔性两轮自平衡机器人的平衡控制方法
本文提出了基于非线性PD的平衡控制器。该控制器由两个部分构成：前一部分是控制机器人姿态的非线性PD控制器，控制器输入为机器人倾角θ和倾角速度(?)，后一部分是控制机器人速度的线性PD控制器，输入为机器人的速度ν和加速度(?)。首先在仿真环境中实验，仿真结果显示，在参数趋同的情况下，非线性PD平衡控制器要优于线性PD平衡的控制器。然后将此种方法应用到实际的在物理实验中，得到的效果和仿真实验的结论一致。物理实验还表明，非线性PD平衡控制器的前一部分使系统具有大范围的稳定性，后一部分很大程度上提高了系统的鲁棒性，而其中的加速度反馈有助于消除系统的抖动。
第三：柔性两轮自平衡机器人的轨迹控制
本文设计了航向差动控制器实现了机器人的轨迹运动控制。通过改变速度差分系数，机器人可以随时变更行进轨迹，完成多种基本的运动模式。在此基础上，本文还提出了基于PID的轨迹校正算法，当机器人两轮行进速度有差别时，机器人通过DSP读取两个轮子的位移，速度，加速度的信息，并利用它们的差值，计算出补偿力矩，带入到轨迹控制量中来补偿左右轮的不对称因素。这种轨迹校正算法能够在一定程度上改善轨迹精度，特别在是机器人直线行走中，该算法具有明显的效果。随后，进行了物理系统的轨迹跟踪实验，机器人在跟踪正弦曲线、自旋、走“8”字运动、上下坡道的过程中，均能达到期望的控制目标。实验结果验证了设计的航向差动控制器和轨迹校正算法的可行性和有效性。
本文的研究工作得到了国家自然科学基金(6075110)，北京市自然科学基金(4102011)北京市教委重点项目(KZ200810005002)的资助，相关研究成果已经得到国家版权局的软件著作权证书，所写论文已被控制工程和CSSS2011(EI检索)国际会议录用，取得的科研成果，对于优化柔性机器人的系统结构，研究自平衡机器人在欠驱动情况下运动与平衡控制关系的问题具有积极意义和一定的参考价值。