桁架機械手的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現的。桁架式機械手通過工業控制器(如：PLC，運動控制，單片機等)實現。由于直線運動易于實現全閉環的位置控制，所以，桁架式機器人有可能達到的位置精度(μm級)。

桁架機械手的結構尺寸要比其他類型的機器人的結構尺寸大得多。桁架式機器人的工作空間為一空間長方體。通過控制器對各種輸入(各種傳感器，按鈕等)信號的分析處理，做出一定的邏輯判斷后，對各個輸出元件(繼電器，電機驅動器，指示燈等)下達執行命令，完成X，Y，Z三軸之間的聯合運動，以此實現一整套的全自動作業流程。

桁架機械手采用型材或方鋼做為主框架，鑲嵌直線滑動導軌和齒輪齒條等組成，作為運動框架和載體的精制型材其截面形狀通過有限元分析法來優化，生產中的盡心竭力，提高其強度和直線度。

桁架機械手又叫直角坐標機器人或龍門式機器人。桁架機械手和數控機床緊密配合，組成無人上下料機加工系統，能夠大大的提高工作效率，降低用工成本。廣泛應用于數控車床、加工、磨床、插齒機、清潔機等設備進行加工自動化上下料。

桁架機械手的三個運動組件為桁架機械手的核心組件，其定義規則遵循笛卡爾坐標系。各軸組件通常由結構件、導向件、傳動件、傳感器檢測元件以及機械限位組件等五部分組成。

桁架機械手的控制部分一般包括有程序控制部分與行程檢測反饋部分，是上下料機械手中的指揮系統，因為上下料機械手中的每一個程序動作都是由控制部分來指揮執行的，包括動作的執行順序、動作的起始位置以及時間等，此外，對運行的速度和加速度也能進行控制。