制御工学では制御対象について考察するときには、数式化しやすいように制御対象を抽象化するが、抽象化された制御対象を制御モデル、あるいは単にモデルと言う。制御モデルが現物に近いほど精度の高い制御が可能になるのだが、制御モデルが複雑になると運動方程式が解けなくなるので、普通はなるべくシンプルなモデルが使われる。二足歩行ロボットではヒトやトリを抽象化した制御モデルが使われる。
ヒト型モデル.
胴体はヒトに似せて、垂直に立った形になる。そのため胴体の重心位置は股関節よりかなり上に位置することになり、偏心モーメントを持っている。そのためロボットが歩行を始めると、その反動が胴体にモーメント力として伝わることになる。このモーメント力を床面まで伝えて打ち消す必要があるので、脚の各関節にはかなり強力なアクチュエータと大きな足裏が必要になる。ヒト型モデルは動的バランスを取るために足首トルクが必要なのである。人間の脚も鳥などと比べると太く頑丈なのも同じ理由からである。そのためヒト型モデルのロボットは頑丈なものになる傾向がある。大型のロボットでは高価なサーボモーターやハーモニックドライブなどが必要になり、製造コストが高い。
生物における直立二足歩行も胴体の重心位置が股関節の位置と一致せず、胴体から巨大なモーメント（回転力）が発生する。これを筋肉で抑えないといけないため、太い脚とそれを動かすための余分なエネルギーが必要となる。自然界で直立二足歩行があまり見られないのはエネルギー効率が悪いためであると考えられている。
無質量脚モデル.
歩行ロボットを最も理想的な姿にしたのが無質量脚モデルで、理論上の制御モデルである。脚の質量はゼロで完全剛体。質量は全て胴体にあると仮定する。胴体の重心位置と股関節の位置は完全に一致する。したがって全身の重心位置も股関節と一致する。
トリ型モデル.
恐竜型モデル.