Robot Keseimbangan memiliki dinamika yang cepat, tidak stabil, dan nonlinear sehingga memerlukan pengendali yang sesuai. Robot keseimbangan menggunakan sensor accelerometer untuk mengukur perubahan sudut saat bergerak. Sifat sensor tersebut adalah sangat sensitif dan ber-noise sehingga memerlukan metode untuk mengurangi noise tersebut. Pada penelitian ini digunakan pengendali Proporsional Integral Derivatif (PID) untuk mengatasi dinamika tersebut. Kelebihan Pengendali PID adalah memiliki respon yang cepat dan mudah untuk diterapkan. Sementara untuk mengurangi noise pada sensor accelerometer digunakan metode kalman filter. Hasil pengujian menunjukkan bahwa metode kalman filter mampu untuk mengurangi noise pada sensor accelerometer. Nilai parameter kalman filter sangat mempengaruhi hasil filter sehingga memerlukan penentuan nilai yang tepat. Nilai matriks variasi proses harus lebih besar daripada nilai matriks variasi pengukuran. Nilai parameter kalman filter yang terbaik adalah matriks variasi proses R = 10 dan matriks variasi pengukuran Q = 0,01. Pengendali PID dapat menstabilkan robot pada posisi tegak. Nilai parameter terbaik pengendali PID adalah Kp=20,Ki =1,danKd =20.