在不同类型的机器人中,两轮自平衡移动机器人是一个涉及多学科与多技术的研究对象,如:力学、动力学、自动控制、微机控制和传感器技术等,是一个具有重要研究价值的课题。本文根据基于视觉跟踪的两轮自平衡移动机器人的总体设计需求,分析了两轮自平衡原理,建立了相应的数学模型;提出了两轮自平衡移动机器人平衡控制约束条件,采用PID算法实现了两轮自平衡控制;针对姿态传感器数据融合问题,分别探讨了卡尔曼滤波器和互补滤波器的数据融合方法,对比了融合效果。本文设计了两轮自平衡移动机器人各个功能模块的原理图、PCB图以及详细参数;搭建了基于视觉跟踪的两轮自平衡移动机器人实验平台,结合Open MV模块,对图像采集、滤波、目标识别跟踪和视觉测距等任务,进行了理论分析与实验验证。本文还对机器人实验平台中所涉及到的功能模块绘制了相应的流程图,开展了平衡控制、速度控制、方向控制和目标跟踪测试等实验;实验结果表明本机器人具备良好的平衡性、抗干扰能力和较强的目标跟踪能力。