Robot Keseimbangan memiliki dinamika yang cepat, tidak stabil, dan nonlinear sehingga memerlukan pengendali yang sesuai. Robot keseimbangan menggunakan sensor accelerometer untuk mengukur perubahan sudut. Sifat sensor tersebut adalah sangat sensitif dan bernoise sehingga memerlukan metode untuk mengurangi noise tersebut. Pada penelitian ini digunakan pengendali PID karena memiliki respon yang cepat dalam menanggapi perubahan sudut dan mudah untuk diterapkan. Sementara untuk mengurangi noie sensor 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, dan Kd = 20.