在三维空间下运动，称为空间连桿。机器人系统的骨架即为空间连桿。这些系统的几何设计要透过计算机辅助设计软体进行。
历史.阿基米德应用几何学来研究连桿。在1500年代时，阿基米德及亚历山大港的希罗的研究是机械理论的主要来源。列奥纳多·达·芬奇则发明了许多的机器以及机构。瓦特蒸汽机在1700年代中期有相当的重要性。詹姆斯·瓦特理解到若用不同的气缸处理蒸气的膨胀及凝结，其效率可以提昇。这让他开始寻找可以将旋转运动转换为直线运动的机构，他发明的机构称为。这开始了如何用连桿产生直线（或近似