三次元機械手靈活、自由，能夠對機械手的各個部位進行獨立控制。三次元機械手的設計結構大致是：機械手的腰關節(jié)主要是為了幫助機身在平面上實現(xiàn)旋轉動作，此部位的驅動電機屬于直流力矩電機，這一類型的電機結構屬于三級齒輪減速傳動結構，由于這種傳動結構的構造簡單，所以它工作起來的效率很高，并且準確度高。肩關節(jié)的主要結構是懸臂梁式的結構。

工作原理是通過直流力矩電機帶動渦輪副桿完成傳動工作。肘關節(jié)的主要結構是擺動螺旋式的結構，這一關節(jié)的特點是比較穩(wěn)定、構造簡單。并且這一關節(jié)的電機也是直流力矩電機。
三次元機械手優(yōu)勢有以下幾點：

1.在生產過程中，將多套模具安裝與同一沖床上連續(xù)自動化生產，可以提高生產過程的自動化程度，生產過程中應用三次元機械手，有利于提高材料的傳送，工件的裝卸、刀具的更換等自動化進程。

2.三次元機械手的應用可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。而應用三次元機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。同時，在一些動作簡單但又重復作業(yè)的操作中，以機械手代替人工進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽造成的人身事故。

3.三次元機械手可以減少人力，便于有節(jié)奏的生產。