本发明公开了一种可实现自平衡的陀螺式独轮车机器人系统,其陀螺机构包括陀螺转子、内环架和外环架,陀螺转子通过水平安装于内环齿圈内并由转子电机驱动自转,内环齿圈安装于内环架内并由内环齿圈电机驱动旋转,内环架安装于外环齿圈内,外环齿圈安装于外环架内并由外环齿圈电机驱动旋转,陀螺转子的位置与内环齿圈正交,内环齿圈的位置与外环齿圈正交;其摆轮机构设于陀螺机构上,包括摆轮支架和摆轮,摆轮竖直安装于摆轮支架上并由摆轮电机驱动旋转;其独轮机构设于陀螺机构下,包括独轮和车叉,独轮由车叉上的薄饼电机驱动旋转。本发明利用陀螺机构作为稳定控制装置,可以实现车体侧向和前后双稳定平衡控制。