如果不想机器人仅在一个固定的位置上进行操作，而是可以做更多的事，就必须有更大的活动空间。机器人要更多地接触周围的环境，也必须要走动。人靠两条腿，那么，机器人靠什么走动呢？机器人的腿、脚，也就是机器人的下肢，它的主要功能是支撑身体，移动身体。人有两条腿和两只脚，但直到目前双足直立机器人还没有条件大规模实际应用。
对于一个小孩子来说，他就能随意地保持走路时的身体平衡，但是，这对机器人来说，还是十分困难的。人类研制机器人的目的，是为了代替人做事，不一定要求外形一模一样。因此，人们开始研究时只要求在功能上，能达到像人一样自由行走的目的，就可以了。于是，人类目前研制出来的有四腿、六腿的机器人，甚至以轮代腿，是轮式的机器人。轮式机器人结构简单，容易制造，但灵活性较差。目前机器人学界的目标，是不断减少机器人的腿脚数。现在，已研制出功能简单的双足机器人。
对于机器人来说，腿和脚都由若干个关节组成。它的移动原理，和手臂的移动原理是一样的，都是用电驱动关节的移动，当然腿也可以做屈伸运动。现在，机器人可以自由地在平地、斜面上移动，甚至能上台阶、爬楼梯。
机器人最早的走动应该说是从“坐轮椅”开始的。研究人员把机器人的手臂放在一个三轮或四轮的车上，车开起来，机器人的手也就跟着“走”动了。最典型的就是最初在生产线上使用的自动小车。现在有些自动餐厅的“服务小姐”以及在火星登陆的“漫游者”等，都是轮式行走机器人。
轮式行走机器人受到地形的限制，比如上楼梯就很困难。仿生学给了科学家启示，仿照马制造了四足机器人的腿，仿照昆虫做了六足机器人的腿。这样，机器人在行走过程中，稳定性的问题就得以解决了。但是由于多足机器人腿太多，在行进中的控制协调仍是一个难点，并且由于其机构太复杂，因此只能在一些特殊场合下应用。从多足机器人的形式，引出了手脚并用的爬壁机器人和建筑机器人。它们利用手脚上的吸盘，吸住玻璃幕墙，一步一步向上爬，或者利用它们手脚上的抓手，抓住脚手架登高。
在仿生学的研究中，科学家们还注意到，蛇的爬行是靠自身的收缩、变形来前进的，便据此研制了一种蛇形机器人。它主要用来检测和清理管道，如在煤气管道中自由地通过和检测，再进行处理。
然而像人一样行走是最灵活、最高级的行走方式，科学家始终没有放弃这一方面的努力。通过一系列的实践，日本早稻田大学加藤一郎教授首开先河，取得了机器人双足行走的丰硕成果。各国科学家近来都投入不少精力和财力，来研究机器人行走中的稳定平衡问题。机器人行走遇到了人类幼儿学步时寻求平衡支点的同样的难题。
机器人的腿和人腿相似，有髋关节、膝关节和踝关节。当它抬起左脚时，重心相对向右脚偏移，才能保持稳定。日本的一位机器人学教授做了一套装置，来解决这个问题：他在双足步行机器人的肩上，放置了一个可移动的滑块，当重心要向右移动时，这个滑块就由电机带动向右移；当重心要向左移时，这个滑块就在控制作用下由电机带动向左移。保持了重心的平衡，机器人就可以一步一步地向前走了。
目前机器人的行走已达到了正常人的步行速度，其中大多数是靠关节的运动和步伐的调整来解决平衡问题的。由于机器人需要外部供电，再加上需要带上很多控制装置，机器人仍然显得比较笨重，还不可能像人那样轻松地走路或者跑步。但是随着新型的轻质材料的采用，控制用的各种装置的轻型化、小型化，以及随着能源供给问题的解决，自由行动机器人的出现将为时不远。