从机械结构来看，工业机器人总体上分为串联机器人和并联机器人。串联机器人的特点是一个轴的运动会改变另一个轴的坐标原点，而并联机器人一个轴运动则不会改变另一个轴的坐标原点。早期的工业机器人都是采用串联机构。并联机构定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机构有两个构成部分，分别是手腕和手臂。
驱动系统是向机械结构系统提供动力的装置。根据动力源不同，驱动系统的传动方式分为液压式、气压式、电气式和机械式4种。早期的工业机器人采用液压驱动。由于液压系统存在泄露、噪声和低速不稳定等问题，并且功率单元笨重和昂贵，目前只有大型重载机器人、并联加工机器人和一些特殊应用场合使用液压驱动的工业机器人。
进行静力学和动力学的仿真分析，对电机、减速器的选型校核，对本体零部件进行强度、刚度校核，降低本体重量，提高机器人工作效率，降低成本。对三维模型进行模态分析，计算出固有频率，有助于进行共振抑制。
结构设计采用简化设计原则；本体铸铁件采用综合性能较好的球墨铸铁材料，铸铝件采用流动性好的铸造材料，采用金属模铸造；装配要有详细的装配工艺指导书，装配过程中有部件和单轴的测试；装配完后要有整机性能测试和耐久拷机测试；提高整机的防护等级设计，提高电柜的抗干扰能力，以适用不同工作环境的使用。