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機械手臂是機械人技術領域中得到最廣泛實際應用的自動化機械裝置，在工業制造、醫學治療、軍事、半導體制造以及太空探索等領域都能見到它的身影。盡管它們的形態各有不同，但它們都有一個共同的特點，就是能夠接受指令，精確地定位到三維(或二維)空間上的某一點進行作業。
機械手臂根據結構形式的不同分為多關節機械手臂，直角坐標系機械手臂，球坐標系機械手臂，極坐標機械手臂，柱坐標機械手臂等。右圖為常見的六自由度機械手臂。他有X移動，Y移動，Z移動，X轉動，Y轉動，Z轉動六個自由度組成。
水平多關節機械手臂一般有三個主自由度，Z1轉動，Z2轉動，Z移動。通過在執行終端加裝X轉動，Y轉動可以到達空間內的任何坐標點。
直角坐標系機械手臂有三個主自由度。X移動，Y移動，Z移動組成，通過在執行終端加裝X轉動，Y轉動，Z轉動可以到達空間內的任何坐標點。
右圖即為常見的構造形式之一，對于工業應用來說，有時并不需要機械手臂具有完整的六個自由度，而只需其中的一個或幾個自由度。直角坐標系機械手臂可以由單軸機械手臂組合而成。單軸機械手臂作為一個組件在工業中應用廣泛。下圖為單軸機械手臂。單軸機械手臂的組件化大大降低了工業設計的成本，因專業制造商擁有良好的質量保證和批量生產的優勢，使用組件比自行設計機械手臂更具優勢。常見的直交機械手組合有懸臂式，龍門式，直立式，橫立式等樣式。
對于半導體制造應用來說，常用的機械手臂是用來搬送晶片，比如下圖雙臂型的機械手
