随着机器人技术的发展,人们已经能够实现对特定的独轮车、普通两轮车以及自行车的平衡和运动进行控制,并将其发展成为了轮式自平衡移动机器人。活力板也属于轮式车辆,其具有呈前后布置的两个轮子,且两个轮子不具备动力,而有着与普通两轮车和自行车都不同的运动特性。然而,目前关于活力板的研究还不充分,还不能准确地揭示其各个组成构件之间的运动学约束关系,并且还缺少对其运动分解以及进一步进行平衡控制的研究,还不能将其发展成为一款新型的自平衡移动机器人。为了解决这些问题,本文对活力板系统进行了相关的研究。本文具体的工作内容如下:(1)通过对活力板系统的分析,抽象出了其几何模型。然后,根据两个滚轮与地面的完整约束条件和非完整约束条件,分别推导了活力板系统的完整约束方程和非完整约束方程,并将它们联立成为统一的微分方程表示形式。接着,运用虚拟样机技术,对推导的完整约束方程进行了仿真验证。接着,为了便于通过前踏板的横滚角来求解前轮架的转向角,对完整约束方程式进行了合理的简化,并以活力板物理样机为实验平台对简化后得到的方程式进行了实验验证。最后,进一步研究了活力板系统中踏板横滚角与轮架转向角之间的“迟滞现象”。(2)基于对活力板的运动的分析,对活力板的运动进行了运动分解,并将其左右方向上的运动等效为倒立摆模型。然后,进一步地,基于活力板的飞轮倒立摆等效模型将活力板发展成为了一款新型的轮式自平衡移动机器人Essbot。最后,提出了对Essbot进行平衡控制和运动控制的方法。(3)采用ADAMS虚拟样机仿真技术,对Essbot的平衡控制和运动控制进行了仿真验证。仿真结果验证了本文所提出的Essbot设计概念以及对其控制方法的有效性。(4)根据Essbot的设计概念,对Essbot机器人系统进行了具体的设计和制造,主要包括机械系统的设计、电气系统的设计以及软件系统的设计。(5)进一步研究了后踏板的不同旋转规律对Essbot的运动的影响,主要研究转动幅值、转动周期和转动平均幅值对Essbot的运动的影响。