視覺引導是賦予工業機器人適應性和智能性的關鍵技術。系統通常由工業相機、光源、鏡頭及圖像處理軟件構成。2D視覺引導常用于工件定位，其核心是“手眼關系”標定。對于眼在手外（Eye-to-Hand）系統，需標定相機與機器人基座的變換關系；對于眼在手上（Eye-in-Hand）系統，則需標定相機與機器人末端的變換關系。通過拍攝已知在機器人坐標系下的標定板，可解算出這一固定的變換矩陣，從而將圖像中識別到的像素坐標轉換為機器人可執行的世界坐標。

3D視覺（如線激光、結構光或雙目視覺）則能獲取深度信息，用于無序抓取、三維檢測等。視覺伺服控制更進一步，它不依賴絕對定位，而是根據圖像特征誤差實時生成機器人運動指令，形成閉環，能補償機器人與目標的相對位置誤差。視覺系統的集成，需充分考慮照明穩定性、圖像處理算法的魯棒性、通信延遲以及與機器人控制器的實時同步，是一個跨光學、圖像處理、自動控制的多學科系統工程。