控制器負責管理機器人的運作。它讀取感測器數據、運行演算法並向執行器發送指令。它就像機器人的大腦，或至少是將決策轉化為行動的那部分大腦。

控制器種類繁多，從單一關節上的微型控制器到協調數十個軸的工業PC，應有盡有。無人機飛行控制器每秒可穩定飛行器數百次。機械手臂控制器負責規劃軌跡、設定限制並與視覺系統通訊。硬體可以是客製化電路板、PLC或運行即時軟體的標準電腦。

控制器的作用

• 以固定時間間隔讀取感測器輸入。
• 運行PID控製或模型預測控制等控制迴路。
• 向執行器發送位置、速度或扭力指令。
• 負責安全監控和緊急停止。
• 透過網路與其他系統通訊。

即時效能至關重要。響應遲緩的控制器會導致振盪、不穩定甚至碰撞。確定性的時序比單純的速度更重要。因此，許多機器人使用即時作業系統或專用微控制器，而不是通用電腦。控制器也是安全的關鍵。它負責執行關節限位、監控故障，並在出現問題時將機器人置於安全狀態。優秀的控制器在一切正常時幾乎感覺不到它的存在，而在出現故障時則能果斷地做出反應。