人的手臂是靠关节的转动来弯曲或伸直、上举或下垂的，机器人的手臂却有好几种动作形式：
一种称之为直角坐标式。这一类机器人的手在空间位置的改变，是沿着三个互相垂直的轴线移动来实现的，即沿X轴纵向移动，Y轴的横向移动及沿Z轴的升降。这种手臂结构比较庞大，灵活性较差，相对于它所占用的面积和空间，它的动作范围较小。这种机器人比较难和其他机器人协调，但它的手臂位置精度很高，在控制上每个方向互相不影响，故而操纵也比较简单。
另一种被称为圆轴坐标式。相对于直角坐标式，它增加了一个旋转关节，减少了一个Y轴方向的移动。由于它可以绕Z轴立柱旋转，它能照顾到前后左右，可触及较大的空间范围。
第三种形式称为极坐标式。这类机器人手臂能够做一个直线运动和两个转动，即手臂沿X轴方向伸缩、绕Y轴俯仰和绕Z轴回转。最早出现的工业机器人“尤尼麦特”是这种机器人的典型代表。这类机器人占地面积较小，结构紧凑，重量较轻，能与其他机器人协调工作。
第四种形式称为关节标式。这种手臂的形式有点像人的手臂，有一个大臂，一个小臂，还增加了一个绕立轴Z旋转，因此它就有了相当于人的腰、肩、肘的运动功能。这种机器人结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，工作空间最大，因此在目前用得最多。由此而派生出一种水平关节式机器人，它大臂、小臂的转轴都垂直于地面，这样消除了臂重的影响，有较高的精度，特别适用于装配。
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