不同的材质具有不同的物理特性和外观效果，直接影响着机器人的外观和性能。金属材质如铝合金、不锈钢等，具有强度高、耐磨性好、质感强等优点，常用于工业机器人和对强度要求较高的机器人，能展现出坚固、耐用的形象。塑料材质则具有成本低、可塑性强、重量轻等特点，适合制作一些消费级机器人，如家用清洁机器人、教育机器人等，可以实现丰富多样的造型。此外，还有一些新型材料如碳纤维、硅胶等，也在机器人设计中得到应用。碳纤维具有高强度、低密度的特性，常用于高端机器人的结构件；硅胶则常用于制作机器人的皮肤、柔性部件等，增加机器人的触感和灵活性。
教育机器人的外观设计不仅要吸引学生的注意力，还要与教育功能紧密结合。例如，一些编程教育机器人的外观设计成积木形状，学生可以通过拼接积木的方式组装机器人，在这个过程中学习编程知识和机械结构原理。教育机器人的外观还可以设置一些互动区域，如触摸屏幕、传感器等，方便学生进行实践操作和探索学习。在颜色和造型方面，要根据不同年龄段的学生进行设计。对于低年龄段的学生，采用鲜艳的颜色和可爱的造型，激发他们的学习兴趣；对于高年龄段的学生，则可以采用更简洁、专业的设计风格，满足他们对知识深度和系统性的需求。
在机器人结构设计过程中，需要对结构进行优化，以提高机器人的性能和降低成本。结构优化设计主要包括拓扑优化、形状优化和尺寸优化等。拓扑优化是在给定的设计空间、载荷工况和约束条件下，寻求材料在结构中的分布形式，以达到提高结构性能、减轻重量的目的。例如，通过拓扑优化可以设计出更加合理的机器人机身结构，在保证强度和刚度的前提下，减轻机身重量，降低能耗。形状优化是对结构的外形进行优化，以改善结构的力学性能和外观。尺寸优化则是对结构的尺寸参数进行优化，如杆件的长度、截面尺寸等，以满足强度、刚度和稳定性等要求，同时降低成本。在进行结构优化设计时，通常需要借助计算机辅助工程（CAE）软件，如有限元分析软件，对结构进行模拟分析和优化计算。
协作机器人强调与人类的协作，其结构设计需要满足、灵活和易用等要求。在方面，协作机器人通常采用柔软的外壳材料和低冲击力的结构设计，以减少对人类的伤害。同时，协作机器人的结构设计要便于操作和编程，一般采用直观的人机交互界面，让非专业人员也能轻松上手。此外，协作机器人还需要配备高精度的传感器，如力传感器、视觉传感器等，以便实时感知周围环境和人类的动作，实现、的协作。