本发明涉及自动化控制系统领域，公开了一种基于三维视觉感知的机械手精密控制系统，包括：机械手臂、视觉感知端、解析处理器以及控制端，机械手臂配置有用于加工目标工件执行机构；视觉感知端配置有双目视觉成像单元以及图像处理模块，双目视觉成像单元用于从两个不同视点分别采集机械手臂末端执行机构与目标工件之间的位姿图像，图像处理模块能够根据两个位姿图像计算生成3D深度信息；解析处理器能够根据3D深度信息计算得到机械手臂末端执行机构的空间位置矩阵以及目标工件的空间位置矩阵，生成机械手臂末端执行机构和目标工件位姿关系数据；控制端以位姿关系数据作为输入量生成控制指令，控制机械手臂变换位姿。