המניפולטור מורכב בעיקר משלושה חלקים: המפעיל, מנגנון ההנעה ומערכת הבקרה. היד היא רכיב המשמש לאחיזה של חומר העבודה (או הכלי). ישנן צורות מבניות שונות בהתאם לצורה, גודל, משקל, חומר ותפעול של האובייקט הנתפס, כגון סוג הידוק, סוג אחיזה וסוג ספיחה. מנגנון התנועה מאפשר ליד להשלים סיבובים שונים (תנודות), תנועות או תנועות מורכבות כדי להשיג את הפעולות שצוינו ולשנות את המיקום והיציבה של החפץ האוחז. מצבי התנועה העצמאיים של מנגנון התנועה, כגון הרמה, נסיגה וסיבוב, נקראים דרגות החופש של המניפולטור. על מנת לתפוס חפצים בכל מיקום וכיוון במרחב, נדרשות 6 דרגות חופש. מידת החופש היא הפרמטר המרכזי של עיצוב המניפולטור. ככל שיותר דרגות חופש, גמישותו של המניפולטור תהיה גדולה יותר, הרבגוניות רחבה יותר והמבנה שלו מורכב יותר. בדרך כלל, למניפולטור מיוחד יש 2 עד 3 דרגות חופש. מערכת הבקרה משלימה פעולות ספציפיות על ידי שליטה במנוע של כל דרגת חופש של המניפולטור. במקביל, הוא מקבל מידע המוזן מהחיישן ליצירת בקרה יציבה בלולאה סגורה. הליבה של מערכת הבקרה מורכבת בדרך כלל ממיקרו-בקר כמו מחשב מיקרו-שבב בודד או dsp, והפונקציה הרצויה מתממשת על ידי תכנותה.
