工業機器人的機械系統一般由一系列連桿、關節或其他形式的運動副所組成。機械系統通常包括機座、立柱、腰關節、臂關節、腕關節和手爪等，構成一個多自由度的機械系統。
手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。末端執行器是直接裝在手腕上的一個重要部 件，它可以是兩手指或多手指的手爪，也可以是噴漆槍、焊槍等作業工具。
工業機器人主體結構中各個關節運動副和連桿構件組成了不同的坐標形式。常見的主體結構形式有：直角坐標形式、圓柱坐標形式、球面坐標形式、關節坐標形式、并聯機器人、物流機器人等。
1、直角坐標機器人
直角坐標機器人是指在工業應用中，能夠實現自動控制的、可重復編程的、運動自由度僅包含三維空間正交平移的自動化設備。其組成部分包含直線運動軸、運動軸的驅動系統、控制系統、終端設備。可在多領域進行應用，有超大行程、組合能力強等優點。
機器人按ISO 8373定義為：位置可以固定或移動，能夠實現自動控制、可重復編程、多功能多用處、末端操作器的位置要在3個或3個以上自由度內可編程的工業自動化設備。這里自由度就是指可運動或轉動的軸。
直角坐標形式機器人
一個典型的3D直角坐標機器人，它由X軸，Y軸，Z軸及驅動電機組成。直角坐標機器人優點主要有：
①任意組合成各種樣式：每根直線運動軸最長是 6 m，其帶載能力從10kg到200k g。在實際應用中已有近百種結構 的直 角坐標 機器人，這些結構也可以任意組合成新的結構等。
②超大行程：因為單根龍門式直線運動單元的長度是6 m，還可以多根方便地級連成超大行程，所以其工作空間幾乎沒有限制，小到手機點膠機，大到1 8 m長行程的切割機超大行程時要采用直線導軌和齒條傳動方式。
③負載能力強：單根直線運 動單元的負載通常小于200k g。但當采用雙滑塊或多滑塊剛性聯結時負載能力可以增加5 到1 0 倍當把兩根或四根直線運動單元并排接起來使用時，其負載可以增加2到4倍。當采用多根多滑塊結構時其負載能力可增加到數噸。
④高動態特性：輕負載時其最大運行速度可達到 s m ／s，加速度可達到4m／s2。使其具有很高的動態特性，工作效 率非常高，通常在幾秒內完成一個工作節拍。
⑤高精度：按傳動方式及配置在整個行程內其重復定位精度可達到0．05mm到0．01mm。
⑥擴展能力強：可以方便改變結構或通過編程來適合新的應用。
⑦簡單經濟：對比關節機器人，直角坐標機器人不僅外觀直觀且構造成本低，編程簡單類同數控銑床，易培訓員工和維修，使其具有非常好的經濟性。
⑧壽命長：直角坐標機器人的維護通常就是周期性加注 潤滑油，壽命一般是10年以上，維護好了可達20年。
2、圓柱坐標形式機器人
圓柱坐標形式機器人包括上下圓盤的旋轉臺相對于包括上下固定板的框架旋轉。絲杠和導桿安裝在上下圓盤上。第一螺母總成安裝到絲杠。第二螺母安裝到導桿，第一螺母總成和第二螺母安裝在移動件上。軸結構包括：具有縱向空腔的內軸，外軸和一中間軸，它們與內軸同心并可分開地旋轉。設有一對臂驅動軸的臂支撐框架安裝在軸結構上。設有第一、第二和第三驅動裝置，相對于框架旋轉旋轉臺，相對于旋轉臺旋轉絲杠，并相對于旋轉臺旋轉各軸。
如下圖所示，機器人以θ、z和r為參數構成坐標系。手腕參考點的位置可表示為P＝f（θ，z，r）。其中，r是手臂的徑向長度，θ是手臂繞水平軸的角位移，z是在垂直軸上的高度。如果r不變，操作臂的運動將形成一個圓柱表面，空間定位比較直觀。操作臂收回后，其后端可能與工作空間內的其他物體相碰，移動關節不易防護。
圓柱坐標機器人
3、球面坐標機器人
這種機器人像坦克的炮塔一樣。機械手能夠做里外伸縮移動、在垂直平面內擺動以及繞底座在水平面內轉動。因此，這種機器人的工作空間形成球面的一部分，稱為球面坐標機器人；其設計和控制系統比較復雜，美國Unimation公司的Unimation系列機器人就是球面坐標形式的代表。
三自由度球型坐標機器人可實現：手臂俯仰、手臂回轉、手腕伸縮。 機器人采用電機驅動，初步估計要用到3個不同型號的電機，手臂俯仰電機，帶諧波減速；手臂回轉電機，帶諧波減速；手腕伸縮電機，與滾珠絲杠直連。末端負載5－10Kg，轉動副±45°，移動副300－400mm，末端最大移動速度1m／s。
球坐標型3自由度工業機器人
4、關節坐標形式機器人
關節坐標形式機器人主要由底座、大臂和小臂組成。大臂和小臂間的轉動關節稱為肘關節，大臂和底座間的轉動關節稱為肩關節。底座可以繞垂直軸線轉動，稱為腰關節。它是一種廣泛應用的擬人化機器人，其特點主要有：
（1）有很高的自由度，靈活性，從不同角度不同方位來工作；
（2）速度可達6米／秒，加速度10米／每秒；工作效率高；
（3）經常在網絡或電視里看到，較為世人所熟悉和接受；
（4）6軸機器人主要應用于汽車點焊，弧焊，裝配（擰螺絲），檢測類這些輕巧類工作；
（6）人們開發了4軸搬運碼垛類機器人。
關節坐標形式機器人主要有以下優點：
（1）結構緊湊，占地面積小。
（2）靈活性好，手部到達位置好，具有較好的避障性能。
（3）沒有移動關節，關節密封性能好，摩擦小，慣量小。
（4）關節驅動力小，能耗較低。
關節坐標形式機器人的缺點有：
（1）運動過程中存在平衡問題，控制存在耦合。
（2）當大臂和小臂舒展開時，機器人結構剛度較低。
5、并聯機器人
并聯機器人，英文名為Parallel Mechanism，簡稱PM，可以定義為動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，機構具有兩個或兩個以上自由度，且以并聯方式驅動的一種閉環機構。
并聯機器人（來源：OFweek維科網）
并聯機器人的特點呈現為無累積誤差，精度較高；驅動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運動部分重量輕，速度高，動態響應好。其主要優勢有：
（1）無累積誤差，精度較高；
（2）驅動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運動部分重量輕，速度高，動態響應好；
（3）結構緊湊，剛度高，承載能力大；
（4）完全對稱的并聯機構具有較好的各向同性；
（5）工作空間較小；
根據這些特點，并聯機器人在需要高剛度、高精度或者大載荷而無須很大工作空間的領域內得到了廣泛應用。
6、物流機器人
采用自動或人工方式裝卸貨物，按設定的路線自動行駛或牽引著載貨臺車至指定地點，再用自動或人工方式裝卸貨物的機器人。
物流機器人主要應用于倉庫、分揀中心、以及運輸途中等場景的，用以完成裝卸、搬運、存儲、分揀和運輸等相關工作。
叉車AGV（來源：OFweek維科網）
物流機器人從工作類別上大概可以分成三類：
（1）無人搬運車
簡稱AGV小車，它是一種高性能的運輸智能設備，主要應用于貨物的搬運和移動，早已廣泛應用于各個行業；AGV小車的自動化程度高，操作方便；當車間某一個環節需要某個輔料時，由工作人員向計算機終端輸入相關信息，計算機終端再將信息發送到中央控制室，由專業的技術人員向計算機發出指令，在電控設備的合作下，這一指令最終被AGV接受并執行——將輔料送至相應地點。
（2）碼垛機器人
能夠替代人工進行貨物分類、搬運和裝卸，特別是代替人類搬運危險物品，像放射性物質、有毒物質等，保證職工的生命安全。實現自動化、智能化、無人化。碼垛機器人除了可以替代人去搬運危險物品之外，效率還遠高于人工工作，所以，使用碼垛機器人實現自動化生產是推動企業發展的有效手段。
（3）分揀機器人
是一種具備了傳感器、物鏡和電子光學系統的機器人，可以快速進行貨物分揀。它通過傳感器、物鏡、圖象識別系統和多功能機械臂等設備，根據圖象識別系統來識別物品的形狀樣子，機械手抓取物品，放到指定位置，通過這些設備實現貨物快速分揀，分揀物品是整個物流環節中較復雜的環節，往往耗時耗力。而自動分揀機器人能夠實現24小時不斷分揀；占地面積小，分揀效率高，可降低70％人工成本；精準、高效，提高工作效率，減少運輸成本。
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