自動上下料機械手主要由執行機構、驅動機構和控制系統三大部分組成。執行機構分為手部、手臂、軀干； 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；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。
1、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。自動上下料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，一般都是指真空吸盤或磁性吸盤。
2、手臂的作用是引導手指準確地抓住工件，并運送到所需的位置上。為了使自動上下料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、軀干軀干是安裝手臂、動力源和各種執行機構的支架。
自動上下料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。
自動上下料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，然后再根據規定的程序，控制自動上下料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于兩種以上的存儲裝置中，如順序信息存儲于插銷板、凸輪轉鼓、穿孔帶內；位置信息存儲于時間繼電器、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于一種存儲裝置內，如磁帶、磁鼓等。這種方式使用于順序、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。
