体操机器人是根据仿生思想而设计的一种教学娱乐用机器人，它的驱动装置数目通常比自身的自由度数目要少，因而是欠驱动机器人。欠驱动系统具有高度非线性、时变和强耦合的特点，在控制方面具有很大的挑战；具有成本低、重量轻的特点，可以应用在航空航天等对能量消耗有严格要求的领域，前景非常广阔。因而，欠驱动系统的控制研究具有重要的理论和应用价值。　　首先，本文在查阅了大量国内外关于体操机器人文献的基础上，将Acrobot机器人模型作为研究欠驱动系统控制问题的一个重要参考，采用Lagrange方程建立了所研究体操机器人的动力学模型，并对其所要完成的摆起和大回环动作进行了分析，分析结果表明在运动过程中机器人手爪的受力最大。在此分析基础上利用ANSYS软件对手爪受力状态进行了应力分析。体操机器人的动力学模型在Matlab/Simulink平台上完成，其正确性通过数学仿真得以验证。　　其次，推导了体操机器人的摇起、大回环和倒立平衡控制算法。根据哈密顿方程证明其运动控制不能使用线性思维进行研究；本文采用了两种不同算法用于实现摇起控制，这两个算法都是基于部分反馈线性化而提出的，它们设计理念是相同的，那就是均利用积分反演的方式。倒立平衡问题是把动力学方程在倒立平衡的位置进行近似线性化，并判断方程的可控性，然后采用LQR算法对各个参数计算。　　再次，根据体操机器人实物动力学模型及上述控制算法，在Matlab/Simulink及ADAMS中对部分反馈线性化方法进行了数学和机构仿真分析，可以看出，在主动关节摇起过程中体操机器人的能量得以蓄积，重心不断提升，实现了机器人的倒立平衡，完成了机器人的大回环运动。同时，也获得了主动关节的力矩曲线，从而方便电机的选型。　　最后，搭建实物平台，并在平台上利用前述控制方法完成体操机器人的摇起及大回环控制实验。实验结果表明本文设计的控制算法可以实现预期设定的体操动作。