人的手臂是靠關節的轉動來彎曲或伸直、上舉或下垂的，機器人的手臂卻有好幾種動作形式：
一種稱之為直角座標式。這一類機器人的手在空間位置的改變，是沿著三個互相垂直的軸線移動來實現的，即沿X軸縱向移動，Y軸的橫向移動及沿Z軸的升降。這種手臂結構比較龐大，靈活性較差，相對於它所佔用的面積和空間，它的動作範圍較小。這種機器人比較難和其他機器人協調，但它的手臂位置精度很高，在控制上每個方向互相不影響，故而操縱也比較簡單。
另一種被稱為圓軸座標式。相對於直角座標式，它增加了一個旋轉關節，減少了一個Y軸方向的移動。由於它可以繞Z軸立柱旋轉，它能照顧到前後左右，可觸及較大的空間範圍。
第三種形式稱為極座標式。這類機器人手臂能夠做一個直線運動和兩個轉動，即手臂沿X軸方向伸縮、繞Y軸俯仰和繞Z軸迴轉。最早出現的工業機器人“尤尼麥特”是這種機器人的典型代表。這類機器人佔地面積較小，結構緊湊，重量較輕，能與其他機器人協調工作。
第四種形式稱為關節標式。這種手臂的形式有點像人的手臂，有一個大臂，一個小臂，還增加了一個繞立軸Z旋轉，因此它就有了相當於人的腰、肩、肘的運動功能。這種機器人結構最緊湊，靈活性大，佔地面積最小，工作空間最大，因此在目前用得最多。由此而派生出一種水平關節式機器人，它大臂、小臂的轉軸都垂直於地面，這樣消除了臂重的影響，有較高的精度，特別適用於裝配。
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