近年來輪型機器人的發展研究受到高度重視，單輪車機器人因僅有一個驅動輪與地面接觸，因此為極不穩定系統，故常被用來驗證各式非線性控制理論的效能。本論文旨在設計一單輪車系統，並使其能穩定平衡且達到軌跡追隨控制。論文中吾人以Euler-Lagrange法推導其完整的三維空間動態數學模型，再針對此數學模型進行系統模擬及順滑模態控制器設計，論文中吾人以加速規、陀螺儀及電子羅盤等慣性量測單元(inertial measurement units)來偵測系統姿態，並輔以互補濾波器以得到較佳之回授訊號，最後以數位訊號處理器(TMS320F2812)實現單輪車機器人路徑追隨控制。實驗證明所設計之系統可達到路徑追隨之目的。