為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。壹般專用機械手有2～3個自由度。控制系統是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩定的閉環控制。控制系統的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構成，通過對其編程實現所要功能。
壹、執行機構
機械手的執行機構分為手部、手臂、軀幹；
1、手部
手部安裝在手臂的前端。手臂的內孔中裝有傳動軸，可把運用傳給手腕，以轉動、伸曲手腕、開閉手指。
機械手手部的構造系模仿人的手指，分為無關節、固定關節和自由關節3種。手指的數量又可分為二指、三指、四指等，其中以二指用的最多。可根據夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和大小的夾頭以適應操作的需要。所謂沒有手指的手部，壹般都是指真空吸盤或磁性吸盤。
2、手臂
手臂的作用是引導手指準確地抓住工件，並運送到所需的位置上。為了使機械手能夠正確地工作，手臂的3個自由度都要精確地定位。
3、軀幹軀幹是安裝手臂、動力源和各種執行機構的支架。
二、驅動機構
機械手所用的驅動機構主要有4種：液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和機械驅動。其中以液壓驅動、氣壓驅動用得最多。
1、液壓驅動式
液壓驅動式機械手通常由液動機（各種油缸、油馬達）、伺服閥、油泵、油箱等組成驅動系統，由驅動機械手執行機構進行工作。通常它的具有很大的抓舉能力（高達幾百千克以上），其特點是結構緊湊、動作平穩、耐沖擊、耐震動、防爆性好，但液壓元件要求有較高的制造精度和密封性能，否則漏油將汙染環境。
2、氣壓驅動式
其驅動系統通常由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機組成，其特點是氣源方便、動作迅速、結構簡單、造價較低、維修方便。但難以進行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。
3、電氣驅動式電力驅動是機械手使用得最多的壹種驅動方式。其特點是電源方便，響應快，驅動力較大（關節型的持重已達400kg），信號檢測、傳動、處理方便，並可采用多種靈活的控制方案。驅動電機壹般采用步進電機，直流伺服電機（AC）為主要的驅動方式。由於電機速度高，通常須采用減速機構（如諧波傳動、RV擺線針輪傳動、齒輪傳動、螺旋傳動和多桿機構等）。有些機械手已開始采用無減速機構的大轉矩、低轉速電機進行直接驅動（DD）這既可使機構簡化，又可提高控制精度。
4、機械驅動式
機械驅動只用於動作固定的場合。壹般用凸輪連桿機構來實現規定的動作。其特點是動作確實可靠，工作速度高，成本低，但不易於調整。其他還有采用混合驅動，即液-氣或電-液混合驅動。
三、控制系統
機械手控制的要素包括工作順序、到達位置、動作時間、運動速度、加減速度等。機械手的控制分為點位控制和連續軌跡控制兩種。
控制系統可根據動作的要求，設計采用數字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然後再根據規定的程序，控制機械手進行工作程序的存儲方式有分離存儲和集中存儲兩種。分離存儲是將各種控制因素的信息分別存儲於兩種以上的存儲裝置中，如順序信息存儲於插銷板、凸輪轉鼓、穿孔帶內；位置信息存儲於時間繼電器、定速回轉鼓等；集中存儲是將各種控制因素的信息全部存儲於壹種存儲裝置內，如磁帶、磁鼓等。這種方式使用於順序、位置、時間、速度等必須同時控制的場合，即連續控制的情況下使用。
其中插銷板使用於需要迅速改變程序的場合。換壹種程序只需抽換壹種插銷板限可，而同壹插件又可以反復使用；穿孔帶容納的程序長度可不受限制，但如果發生錯誤時就要全部更換；穿孔卡的信息容量有限，但便於更換、保存，可重復使用；磁蕊和磁鼓僅適用於存儲容量較大的場合。至於選擇哪壹種控制元件，則根據動作的復雜程序和精確程序來確定。對動作復雜的機械手，采用求教再現型控制系統。更復雜的機械手采用數字控制系統、小型計算機或微處理機控制的系統。控制系統以插銷板用的最多，其次是凸輪轉鼓。它裝有許多凸輪，每壹個凸輪分配給壹個運動軸，轉鼓運動壹周便完成壹個循環。