無固定軌跡式行走機構有輪式行走機構、履帶式行走機構以及關節式行走機構。
1、輪式行走機構
輪式行走機構具有移動平穩、能耗小和容易控制移動速度和方向等優點，因此應用比較普遍，但這些優點只有在平坦的地面上才能發揮出來，目前應用的輪式行走機構主要為三輪式或四輪式，三輪式行走機構具有最基本的穩定性，典型車輪的配置方法是壹個前輪兩個後輪。
四輪式行走機構也是壹種應用廣泛的行走機構，其基本原理類似於三輪式行走機構，在四輪式行走機構中，自位輪可沿其回轉軸回轉，直至轉到要求的方向上為止，這期間驅動輪產生滑動，因而很難求出正確的移動量。
2、履帶式行走機構
履帶式行走機構很有特點，采用該類行走機構的機器人可以在凸凹不平的地面上行走，也可以跨越障礙物和爬不太高的臺階等，類似於坦克的履帶式機器人由於沒有自位輪和轉向機構，要轉彎時只能靠左、右兩個履帶的速度差，所以在橫向和前進方向上也會產生滑動。
履帶式行走機構轉彎阻力大不能準確地確定回轉半徑，但它具有提起機構，該機構可以使轉向這使得機器人上下臺階非常順利，能實現諸如用折疊方式向高處伸臂、在斜面上保持主體水平等各種各樣的姿勢。
3、關節式行走機構
關節式行走機構類似於動物那樣，利用腳部關節機構用步行方式實現移動的機構，采用關節式行走機構的機器人，能夠在凸凹不平的地上行走，跨越溝壑，還可以上下臺階，具有廣泛的適應性，但在控制上有難度，步行機構有兩足、三足、四足、八足等形式。
其中兩足步行機構是多自由度的控制系統，是現代控制理論很好的應用對象，這種機構結構簡單，兩足步行機器人的動步行有效地利用了慣性力和重力，四足步行機構比兩足步行機構承載能力強、穩定性好，其結構也比六足、八足步行機器人簡單。