人形机器人控制器框架通常包括感知、语音交互、运动控制等层面。1）视觉感知层：由硬件传感器，算法软件组成，实现识别、3D建模、定位导航等功能；2）运动控制层：由触觉传感器、运动控制器等硬件及复杂的运动控制算法组成，对机器人的步态和操作行为进行实时控制；3）交互算法层：包括语音识别、情感识别、自然语言和文本输出等。
以UCLA的人形机器人平台ARTEMIS为例，其控制架构包括硬件接口、仿真界面、控制器接口、安全接口，由中央处理器（CPU）来共享和存储数据和信息。由于目前人形机器人技术方案尚未定型，技术快速迭代，控制器适合采用模块化结构，从而便于更换组件，简化创建不同控制器组合的过程。①硬件接口：包括执行器、惯导（IMU）、传感器等，反馈关节位置、速度、扭矩等数据信息；②仿真界面：模仿硬件接口的功能从而进行仿真环境的模拟测试；③控制器接口：读取到内外部环境信息后，对运动控制器等发送指令；④安全接口：在检测到任何错误行为时关闭机器。
1.2技术攻关关键环节，国家政策重点支持
“大脑”和“小脑”是人形机器人产业化落地的关键所在，也是技术难点所在，不仅是各家人形机器人厂商竞争的关键点，也是目前政策层面重点支持的环节。在今年两大工信部发布的人形机器人重磅政策中，“运动控制”均放在关键位置。2023年9月工信部发布《人形机器人揭榜挂帅任务榜单》中，排在核心基础首位的技术为全身动力学控制算法。揭榜任务为：面向人形机器人高动态行走的全身控制问题，突破人形机器人多体动力学实时模型、基于全身力矩的模型预测控制、长距离离线身体姿态和落足点规划、在线步态规划与实时姿态跟踪、面向仿人机器人高爆发关节伺服阻抗控制等关键技术。形成人形机器人高动态行走控制方法，在人形机器人实物平台上进行实验验证。预期目标为：到2025年，建立人形机器人高动态行走控制算法，可支持具有双足、双臂、腰、髋、膝、踝等不少于28个自由度的人形仿生机构。支撑人形机器人实现平地、斜坡、台阶、非平整路面、松软路面等环境的高动态行走，平地最大行走速度≥4km/h,最大奔跑速度≥9km/h。
2023年11月，工信部联合多部门发布《人形机器人创新发展指导意见》，控制器为重点突破产品。政策目标到2025年，人形机器人创新体系初步建立，“大脑、小脑、肢体”等一批关键技术取得突破。其中，“大脑”基于人工智能大模型，增强环境感知、行为控制、人机交互能力；“小脑”用于控制人形机器人运动，搭建运动控制算法库，建立网络控制系统架构。控制器产品发展目标为：面向高实时协调运动控制需求，研发具有高动态运动驱动、高速通信等功能的专用芯片，研制“感-算-控”一体化的高性能运动控制器。面向人形机器人认知与决策需求，研发具有多模态空间感知、行为规划建模与自主学习等能力的智能芯片，提升人形机器人协调控制能力。
1.3横向对比成熟产业，底层原理殊途同归
1.3.1工业机器人vs人形：控制精度和工艺理解要求更高
工业机器人控制器作为机器人的“大脑”，具有控制机械臂的工作状态、运动轨迹、空间位置、操作顺序等功能。工业机器人对控制器的基本要求包括：①控制工业机器人的位置、速度、加速度等，对连续轨迹运动的机器人还要有轨迹规划和插补运算功能；②人机交互：工作人员使用示教器、操作面板，对机器人进行编程等；③外部感知：部分场景需要工业机器人对视觉、力觉、触觉等有关信息进行测量感知，有时需要与其他设备交换信息和协调工作。
机器人控制器架构分为集中控制、主从控制、分布控制三种类型。1）集中控制是由一台机器人实现全部控制功能，结构简单，成本低；但实时性差，难以拓展，可靠性低，是早期机器人的常用结构；2）主从控制是采用主、从两级处理器实现系统的控制功能，主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等，从CPU实现所有关节的动作控制，实时性好，适用于高精度、高速场景；但系统扩展性较差，维修困难；3）分布控制采用“分散控制，集中管理”思路，系统对总体目标和任务进行综合协调和分配，子系统协调来完成控制任务；其特点为灵活性好，可靠性提高，有利于系统功能的并行执行，提高效率，易于拓展，可实现智能控制；缺点为当自由度数量和算法变得复杂时，控制性能会恶化。
1.3.2扫地机器人VS人形：简化的移动型机器人框架
扫地机器人作为智能化的小家电产品，控制器是核心零部件之一。目前常见的扫地机器人主要使用MCU控制器。它主要完成以下任务：①数据采集功能：MCU控制器通过向各传感器发送选通信号，按顺序与各个传感器通信，实时完成信息数据采集。②障碍物识别与规划：MCU根据接收到的数据信息，计算并判断障碍物的相对位置和体积大小。结合预设规则，确定相应的避障措施，如前进、左转、右转、后退或调头。③电机控制：在确定避障措施后，MCU向步进电机输出相应的控制脉冲，确保机器人以精确的方式执行避障动作，灵活地移动。④远程控制和状态调整：MCU接受来自遥控器的指令，允许用户调整机器人的工作状态。同时，监测电池剩余电量，指挥智能吸尘器自动返回充电桩进行充电管理。
1.3.3汽车控制器VS人形：涉及环节更复杂，车规级要求
基于功能集中分区，智能驾驶汽车电子控制系统分为动力域、底盘域、座舱域、自动驾驶域和车身域五域。其中，自动驾驶域是现阶段承载整车个性化智能体验的关键所在，也是目前车企的竞争焦点和布局重点。在现阶其功能开发和实现需要涉及大量AI运算，因此对芯片所提供算力、操作系统底层算法要求很高；而其他域控制器涉及整车安全的部件较多，因此对功能安全等级要求更高，对芯片算力要求和功能智能化程度相对较低。
1.3.4TeslaFSDvsOptimus
FSD落地的两大技术底座为：BEV+Transformer的感知算法架构、Dojo超算系统。前者为FSD提供了不依赖高精地图的感知和定位能力，后者则是支持算法快速迭代响应用户反馈，实现高效数据闭环。
1）BEV+Transfomer
2）Dojo超算系统
2.1控制器经上百年发展，多种技术路线共进
运动控制系统是机械设备的核心部件，其功能为实时控制机械运动部件的轨迹、位置、速度、加速度等，以确保它们按照预定的运动要求进行移动。一套完整的运动控制系统包括：运动控制器，驱动器、电机、传感器等。其中，控制器利用对被控制的机械系统的运动学和动力学模型进行运动规划和控制预测。同时，通过多种传感器提供的信息进行反馈，实现闭环控制。运动控制器内部集成了逻辑控制、精确定位、轨迹控制等算法，从而完成特定的运动轨迹、位置、速度和加速度，以及精确输出符合控制目标的指令，例如温度、流量、压力、位移等。
①数控系统（CNC，ComputerNumericalControlSystem）
数控系统是专门针对数控机床开发的运动控制系统，它能够按照零件加工程序的数值信息指令进行控制，使机床完成工作运动并加工零件。根据所控制的运动轴数和联动关系，数控系统被定义为M轴N联动数控系统。机床的运动控制与其他设备的运动控制并不存在本质区别，因此也经常能够见到数控系统用在其他自动化设备上，例如自动化装配线等。
②可编程逻辑控制器（PLC，ProgrammableLogicController）
③通用运动控制器（GMC，GeneralMotionController）
通用运动控制器是不面向特定设备的运动控制器。其主要任务是根据运动控制的要求和传感器件的信号进行必要的逻辑、数学运算，为电机或其它动力和执行装置提供正确的控制信号。PC-Based控制器是指基于个人电脑（PC）的控制系统或控制器。这种控制器通常使用个人电脑硬件和软件来执行各种自动化、监控和控制任务。
④专用控制器
专用运动控制器是一种特定类型的控制器，设计用于实现高度定制化和特定应用的运动控制任务。与其他通用控制器相比，专用运动控制器更加专注于执行特定的机械运动或运动控制任务。专用运动控制器在许多领域得到广泛应用，如数控机床、激光切割控制系统、激光标刻控制系统、点胶控制系统等需要高度精准和可定制化运动控制的领域，由控制器厂家根据行业应用工艺需求完成应用软件的开发，设备制造商无须二次开发即可直接使用。不同类型运动控制系统在持续迭代中也存在交叉之处，因此边界往往并不清晰。例如，①原先PLC用于控制自动化程度较低的设备，但随着纺织机械、印刷机械、包装机械等领域的自动化需求不断提高，PLC运动控制功能越来越强；②随着设备的不断创新，数控机床与自动化设备缺乏严格的界定标准；有些设备采用了GMC架构的数控系统，有些配置了吸收CNC功能的通用运动控制器。
2.2通用控制器：灵活性、通用性强，可用于复杂控制
根据睿工业MIR数据，2022年中国PC-based运动控制器行业规模约为32.64亿元，预计到2025年中国PC-based运动控制器行业规模约为40.2亿元。PC-Based运动控制器主要应用于3C、半导体、工业机器人和机床等领域。截至2022年，PC-Based运动控制器的主要应用领域中，3C产业、半导体制造、工业机器人分别占据前三位，分别占比16%、15%和11%。
PC-based控制器市场以国外成熟厂商占据市场前端，但是国产品牌渗透率较高。根据睿工业MIR数据，2022年市场前五名除去海外企业倍福占比21%，其余均为国产品牌，以研华，固高、雷赛、维宏电子为代表的国产企业占据市场35%，逐步成为PC-based运动控制器领域的重要力量。因此，在PC-based运动控制器市场，中低端市场主要以国产厂商为主，但整体技术水平与外资厂商还有一定差距，高端市场仍然受外资企业控制。
2.3PLC：面向逻辑控制，编程简单易用性高
PLC和PC-Based控制器在项目精度和实时性等功能上存在区别，因此适用于不同的下游应用场景。1）PC-Based控制器和专用运动控制器注重复杂运动算法的控制，拥有更强的数据传输和管理能力，适用于连续性控制和高精尖的流程型行业。因此，这些控制器经常适用在需要高度精确和实时性的领域，如工业机器人、半导体制造和医疗设备等。这些控制器具有强大的计算能力和快速的控制周期，以确保运动和操作的高精度和高速度。2）PLC更侧重于局部逻辑控制，更适用于单点控制的离散性作业。因此，在一些对精度和实时性的要求较低的应用中，例如家用电器，传统制造业等，通常可以使用较简单的PLC控制器。
根据睿工业MIR数据，2022年PLC市场规模大约为170亿元。具体细分为大型PLC市场规模约为85.8亿元，同比增长8.8%；小型PLC市场规模约为84.1亿元，同比增长5.6%。此外，根据MIR的预测，到2025年，PLC市场规模预计将增至约180亿元，其中小型PLC市场规模预计将达到86.5亿元，而中大型PLC市场规模预计将达到93.6亿元。
PLC作为工业控制的核心控制器，是整个工控系统的大脑，也是维护工控产业链安全的核心组成部分。目前PLC大陆厂商市占率依然较低。在全球市场竞争格局中，欧美厂商在中大型PLC市场具有强大的话语权，而日系和台系厂商主要专注于中小型PLC市场。随着自主可控性的提高，中国大陆厂商凭借产品性价比高、交期短、快速响应客户需求的优势，正迅速占领中小型PLC市场份额，挑战日、台系厂商的地位。
2.4数控系统(CNC)：针对数控机床开发，精度要求高
高档型数控系统关键在于技术水平，产品附加值极高，市场主要由德国西门子、海德汉占据。标准型数控系统关键在于产品可靠性，产品附加值较高、稳定性高，市场主要由日本发那科、三菱占据（日本厂商基本不向我国出口高档数控系统）。经济型数控系统主要取决于产品价格，进入门槛较低，主要以国产品牌为主，市场竞争激烈。
2.5硬软件和集成为突破瓶颈，国产替代空间巨大
从运动控制器包括硬件、软件、定制设计和集成等，是控制器产品拉开差距的原因。1）硬件：硬件包括处理器、控制芯片、传感器、电机驱动器和连接器等，高性能的处理器和专用的控制芯片通常价格较高，而高精度的传感器和电机驱动器也会增加成本。2）软件：控制器需要开发相应的控制算法和运动规划软件，以实现精准的运动控制和定位。软件的开发和调试需要专业的开发人员和工具支持。3）工程设计和集成：针对专用运动控制器特定的应用需求，可能需要定制化的工程设计和集成过程，以确保控制器的适配性和可靠性。
（1）硬件差距主要在于芯片
（2）软件差距较大：主要在于精度和通用性
（3）国内厂商使用的网络协议不足以进入高端市场
3.1工业领域控制器
3.1.1通用控制器
3.1.2激光设备控制器
当前核公司心业务为激光切割运动控制系统。公司以激光切割运控系统业务为核心，发展了包括随动控制系统、板卡控制系统、总线控制系统在内的三大主要产品，其中，随动系统和部分板卡系统主要应用于中低功率激光切割机；总线系统和少部分板卡系统应用于高功率激光切割机。此外，公司其他产品还包括高精度视觉定位系统、I/O扩展模块、轴扩展模块、管材套料软件、平面套料软件等。
公司针对智能焊接机器人推出的焊接系统，可实现自动、非标焊接，实现机器替人。智能焊接机器人具备免示教功能，专注于钢结构等非标工件的焊接。焊接机器人分为示教焊接机器人和智能焊接机器人两类。示教焊接机器人主要需要人工示教来编辑焊缝的加工路径，由于非标准化操作的示教过程耗时较长，因此示教焊接机器人大多应用于重复、标准化的加工中；而智能焊接机器人通过智能焊接离线编程软件、智能焊缝跟踪系统、智能焊接控制系统来生成焊缝加工路径，可以实现免示教功能，缩短调试周期，进一步提升智能焊接机器人的自动化程度，更适合小批量非标工件的柔性加工过程。
3.1.3机床数控系统
3.1.4PLC
（二）信捷电气：较早布局PLC领域，初步完善工控产品线
公司主营工业自动化控制产品，主要产品包括：1）工业智能控制系统中电气控制系统，包括编程控制器（PLC）、驱动系统（伺服驱动器、伺服电机、步进驱动器、变频器）、人机界面（HMI）、智能装备等；2）电气控制集成应用，为工厂自动化（FA）领域客户提供“整体工控自动化解决方案”。主要客户分布在纺织服装、印刷包装、家居建材、食品饮料、汽车和新能源、机床工具、信息化、仓储物流等行业。公司在PLC领域较早，成立至今公司陆续推出了XA系列、XS系列、XC系列、XD系列（含XD3、XD5、XDM运动控制型、XDC运动控制总线型、XD5E以太网型以及XDHEtherCAT运动控制型）、XE系列、RC系列、XL系列、XG系列等产品。2022年PLC产品实现收入5.11亿元，56.67%。
（三）禾川科技：较早布局PLC领域，初步完善工控产品线
禾川科技是一家技术驱动的工业自动化控制核心部件及整体解决方案提供商，主要从事工业自动化产品的研发、生产、销售及应用集成。产品矩阵已覆盖“控制+驱动+执行传感+机电一体化”，并且沿产业链上下游不断延伸，涉足上游的工控芯片、传感器和下游的高端精密数控机床等领域。其中，控制器产品主要为PLC，下游主要应用于光伏、锂电、机器人、机械手、3C、LED、机床、纺织、包装、食品、印染等行业。
3.2消费领域控制器
（一）拓邦股份：“四点一网”技术为核心，面向五大领域提供智能控制方案
公司以电控、电机、电池、电源、物联网平台的“四电一网”技术为核心，面向家电、工具、新能源、工业和智能解决方案等行业提供各种定制化解决方案。①家电智能控制产品涉及控制器、电机等类别，包括家电主控、电源控制、电机驱动和控制、显示控制等；产品主要应用于HVAC、厨房电器、清洁电器、健康护理、照明和智能家居等各类领域。②工具智能控制用于电动工具、园林工具和其它专业工具，公司提供定制化服务，产品包括控制器、电机、电池包BMS、模组和整机。③新能源业务主要面向中小储能及新能源车辆两大应用领域。④工业控制领域公司为下游自动化装备客户提供PLC、运动控制卡、步进/伺服驱动器、电机等核心部件以及基于行业工艺配套的运动控制解决方案。⑤智能解决方案：公司AIoT（人工智能物联网）技术平台和智能产品创新能力为核心，面向“医食住行”和“工业、餐饮、酒店、园区”等细分场景，紧抓智能化升级、数据收集与分析、人机交互、智能制造等新机遇，积极融入包括Matter在内的各类主流IoT生态系统，为客户提供“创新产品+AIoT平台+定制服务”的综合智能解决方案。
3.3连接器
（一）维峰电子：兼具成长和稳健的工控连接器企业
（二）瑞可达：连接器重点布局通信和汽车赛道
瑞可达专业从事连接器产品的研发、生产、销售和服务。经过十余年发展，公司已成为同时具备光、电、微波连接器产品研发和生产能力的企业之一。产品广泛应用于数据通信、新能源汽车、工业控制、医疗设备、轨道交通等领域，服务全球客户。①在无线通信基站系统应用上，公司研发了5G系统MASSIVEMIMO板对板射频盲插连接器、无线基站的光电模块集成连接器等多款新型连接器。②在新能源汽车连接器市场，公司开发了全系列高压大电流连接器及组件、充换电系列连接器、智能网联系列连接器和电子集成母排等产品，从而形成了公司在新能源汽车配套市场丰富的产品线。③在工业等领域，公司的车钩连接器、重载连接器、工业连接器主要应用于轨道交通、机车空调、电力、工业机器人、风能等行业。