宏觀上，機器人可以主要分為工業機器人、服務機器人和特種機器人。其中工業機器人、無人機、無人載具、無人潛航器、醫療機器人和仿人機器人是機器人領域幾個重要分支。
宏觀上，機器人可以主要分為工業機器人、服務機器人和特種機器人。
工業機器人，按照ISO8373，定義為面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人，其主要應用場景包括焊接、噴漆、裝配、采集、置物、產品測試等，代替人類進行危險、繁重的工作。在這些應用領域中，對工業機器人提出了高效性、速度性和準確性的要求。具體而言，工業機器人的評價標準主要包括：
自由度：一般為機器人關節數量；
工作包絡面：機器人末端活動范圍；
載荷：機器人能承受多少物體重量；
速率：機器人能多快使其末端到達指定位置；
加速度：機器人關節的加速度；
準確度：機器人實際位置與目標位置的誤差；
再現性：機器人在多次作業中，是否能重現同一行為。
工業機器人起源于1958年，Unimation公司發布的第一臺Unimation機器人。Unimation機器人是一臺五軸液壓驅動機器人用于壓鑄作業，采用分離式固體數控元件，使用磁鼓儲存信息，總共能儲存180步工序。整個手臂的控制使用一臺計算完成。早期的工業機器人中，日本AMF公司研制的Versatran機器人用于物料運輸工作。Versatran也采用液壓驅動，機器人手臂可以繞底座回轉，沿半徑伸縮以及沿垂直方向起降，可進行點位和軌跡控制，是世界上第一種應用于工業生產的機器人。1979年，Unimation公司推出PUMA工業機器人。在上文中已經介紹，PUMA是一種用于裝配的機器人，由電機驅動，串聯關節結構，多CPU二級控制。并使用專用的VAL語言進行編程控制，還可擴展視覺、觸覺等外部傳感器。這一時期的機器人往往使用示教再現技術進行動作規劃，不具備對周圍環境的感知與反制能力。
目前，工業機器人涉及的主要技術包括運動學標定、運動規劃、運動控制等。經過近50年的發展，以上技術都已有比較成熟的解決方案。新的挑戰主要在于非線性控制、多目標優化、智能化、重載荷、高精度、高速度等技術。為解決以上問題，目前對于工業機器人的研究重點集中在機器人的控制方法、力位混合控制、視覺伺服、主動柔順控制、協同作業等方向。如今，工業機器人的應用場景逐漸從重復簡單動作轉變為復雜任務，往往需要工業機器人具備一定的智能化和群體協調能力。
工業機器人的組成部分可以劃分為機械部分、傳感部分和控制部分，由機械系統、驅動系統、感知系統、交互系統和控制系統所支配。按照機械結構劃分，總體上可以將工業機器人劃分為串聯機器人和并聯機器人兩類，二者主要區別在于是否一個軸的原點會隨著其他軸的運動而變動。早期工業機器人往往采用串聯結構，其運動可以使用基于連桿機器人運動學計算得到，但是其逆運動往往因為奇異點等問題難以求解。隨著1978年Hunt提出可以使用6自由度并聯結構作為機器人操作器，并聯機器人逐漸進入歷史舞臺，相比于串聯機器人，并聯機器人具有剛度大、微動精度高、運動負荷小的優點，因而適用于工業流水線高精度拾放料作業和裝配領域，但由于其工作包絡面較小，不適用于末端需要復雜運動的場景，如焊接等。
串聯機器人一般由旋轉關節驅動構成，伴有少量的平移關節。其中旋轉關節一般由電機通過減速器驅動，價格昂貴。目前市面上常用的減速器包括諧波齒輪減速器和RV減速器，后者相較于前者一般具有更好的回轉精度和精度保持性。國際機器人減速器的主要供應商包括Harmonic Drive和Nabtesco，國內主要供應商包括蘇州綠的諧波傳動科技有限公司、山東帥克機械制造股份有限公司、浙江恒豐泰減速機制造有限公司和陜西秦川機械發展股份有限公司等、沈陽新松機器人公司、哈工大機器人工業集團等。
工業機器人的驅動系統可劃分為液壓驅動、氣壓驅動和電機驅動。早期工業機器人一般采用液壓驅動的方式，如Unimatie和Versatran。液壓系統可以輸出較大的推力或轉矩，可以實際低速大噸位運動。但由于液壓驅動存在液體泄漏、噪音大和低速狀態下不穩定的特點，如今已較少在工業機器人中使用，只有一些大型重在機器人、并聯機器人和一些特殊場景中使用的機器人采用液壓驅動。相比于液壓驅動，氣壓驅動具有管路簡單、能量損耗小、反應迅速、壽命長、易維護的特點。但由于空氣可壓縮性大，因而氣動系統動作穩定性較差。而且氣動系統一般壓力較低，不適合做大輸出力度和力矩。因此，氣壓驅動裝置往往用于工業機器人的末端執行機構的驅動，如抓手、吸盤等。常見于中小負荷工件的抓取和裝配任務中。電機驅動是目前工業機器人主流的驅動方式。使用伺服電機或步進電機作為動力源。其中，直流伺服電機和交流伺服電機用于，一般用于高精度、高速度的工業機器人驅動，采用閉環控制方法。步進電機扭矩大，往往用于精度和速度要求不高的機器人中，采用開環控制即可。對于并聯機器人，往往采用直線電機進行驅動。
工業機器人的感知系統一般分為內部感知和外部感知系統。內部感知系統使用壓力傳感器、接觸傳感器、旋轉編碼器等獲取機器人各關節的位置、速度、力和力矩等相關機械量。外部傳感器則一般通過攝像機、聲吶等感知周圍環境。由于近年來計算機視覺技術發展迅猛，視覺伺服成為共機器人感知的重要方面。
視覺伺服系統將攝像機捕捉到的視覺信息作為反饋信號，用于調整機器人的位姿，在半島體和電子行業、質量檢測、工件識別、分揀等行業廣為應用。
機器人視覺伺服控制分為兩類，即三維視覺伺服和二維視覺伺服，后來綜合二者優缺點，發展成為2.5維視覺伺服。三維視覺伺服中，通過立體視覺標定，建立攝像機的內外參數，與機器人末端執行器的運動學相配合，即圖像雅克比矩陣方法，形成對末端執行器的閉環反饋控制。二維視覺伺服通過對拍攝得到的圖像進行特征提取，獲得當前末端執行器與目標位置的偏差，再通過控制器對誤差進行修正。相較而言，二維視覺伺服對攝像機標定誤差具有更強的魯棒性，但受限于視覺圖像雅克比矩陣奇異和陷入局部最優的問題。因而綜合兩方面考慮，Chaumetie提出2.5維視覺伺服的方法。具體而言，改方法將攝像機平移與旋轉的閉環控制解耦，基于圖像特征點重構三維物體的方位及成像深度比率，可以一定程度上將圖像信息和立體視覺位姿信息相結合，解決了一些奇異性、陷入局部最優的問題，但仍存在解不唯一的問題。
工業機器人的運動規劃與生產效率和生產安全密切相關，因而也成為工業機器人研究的重點問題。工業機器人的運動規劃方法一般可劃分為路徑規劃和軌跡規劃兩種。路徑規劃的目標在于使工業機器人各關節與連桿的運動路徑盡量短的同時，保持與障礙物的安全距離。而軌跡規劃的目的在于規劃出各關節的運動過程，使機器人從初始位置到達目標位置的總時間盡量短，耗能盡量小。軌跡規劃在路徑規劃的基礎上加入關節速度與加速度等約束，使得所得軌跡更加平滑，速度更快，可控性更高。
早期的工業機器人一般采用示教再現方法進行路徑規劃，即通過記錄人類操作的路徑點在工作中加以復現，從而順利完成相同的任務，是一種在笛卡爾空間進行路徑規劃的方法。早期的示教再現方法需要操作員對每個動作進行編程操作，是一件非常繁瑣的工作。隨著柔順控制，特別是阻抗/導納控制的發展，如今的機械臂具有對交互力測量的能力，一定程度上簡化了示教再現進行軌跡規劃的方法，該方法又稱手把手示教。手把手示教可以使用直接推拉的方式控制機械手達到期望位置，而無需計算和編程，并記錄坐標點，系統會通過插值方法計算得到每一步的位置和速度從而實現軌跡規劃。然而，示教再現方法仍然難以獲得最優路徑。
相比于在笛卡爾空間，軌跡規劃也可以在關節空間進行。常用方法一般為樣條函數插值法，并依據平滑性、加速度、加加速度等約束條件優化得到。關節空間路徑規劃可以避免笛卡爾空間中的奇異性問題，避免大量正逆運動學求解過程。
