平衡控制使機器人保持直立。對於雙腳機器人而言，這意味著不斷調整關節角度，使重心始終位於支撐腳上方。對於輪式機器人而言，這可能意味著防止在斜坡上傾覆。對於無人機而言，這意味著保持穩定的懸停狀態。

人類無需思考就能保持平衡，而機器人則需要計算。倒立擺模型是經典的起點：一個質量塊放置在可移動的底座上。控制器測量傾斜角度，並移動底座來緩衝下落。波士頓動力公司的機器人採用模型預測控制，提前規劃數步，從而在不平坦的地面上行走時保持直立。

平衡控制策略

• 壓力中心控制：透過轉移重心來保持穩定性。
• 止跌點：防止跌倒時該踩在哪裡。
• 全身控制：運用手臂和軀幹調整平衡。
• 被動步法：受到推擠時迅速邁出一步。
• 柔順控制：略微屈服以吸收乾擾。

保持平衡比看起來要困難得多，因為地面永遠不會完全平坦，而且機器人本身的運動也會影響其穩定性。推動機器人是一種常見的測試方法。優秀的平衡控制器能夠幫助機器人恢復平衡，而卓越的控制器則能讓恢復過程看起來毫不費力。同樣的原理也適用於幫助人們行走的外骨骼、義肢以及需要在人類空間工作的人形機器人。如果機器人無法保持站立，那麼它所做的其他一切都毫無意義。