悬臂式直角坐标机器人通常由三个运动轴组成,它们分别是X、Y和Z轴。X轴通常是由一根或两根并列直线运动单元组成。它安装在支架上，要有较大的承载能力和侧向抗扭能力。Y轴可以是滑块运动或导轨运动，而且至少一端悬空。当滑块运动时，Y轴一端装在X轴滑块上，Y轴滑块上装配Z轴。当整个Y轴运动时，Y轴滑块装在X轴滑块上，在Y轴一端上装配Z轴。所以其抗行变的性能优越。Z轴是固定在Y轴上做上下运动的直线运动单元，所以要尽可能的轻小。长度只要满足其行程要求即可，以减轻Y轴和X轴负载。
在对空间位置有要求的一些应用中，悬臂式直角坐标机器人必须合适。但其悬臂式结构及随负载的上下运动，对X轴不断产生较大的测向向下扭力，所以X轴的抗扭能力要足够大。Y轴一端悬空，不断受自身重力和Z轴的重力和运动Z轴冲力作用，所以要有足够的强度防止其下沉。这些特点就决定了悬臂式直角坐标机器人适合小行程，小负载和高速运动的应用。
随应用需用我们也可以把Y轴做成不带滑块，其一端装配在X轴滑块上，另一端装配Z轴。
也可以把X轴换成旋转轴，Y轴一端装配在X轴上，使Y轴绕X轴转动。
悬臂式直角坐标机器人Z轴行程是20~1200毫米，负载是小于20公斤。运动速度是2米/秒。
Y轴行程通常小于800毫米，但最长可达6米。当其长度太长时要严格计算其下沉变形及配加强板。Y轴最大速度可达5米/秒。 X轴最长可达6米，最大速度可达5米/秒。各个轴的重复定位精度最小为0.05毫米。
