工業機器人的“大腦”是其控制系統，它負責接收指令、進行運算并驅動各關節伺服電機協同工作，以完成精確的運動軌跡。現代工業機器人的控制系統通常采用分層式架構。上層是決策與交互層，運行在工控機或高性能處理器上，負責任務規劃、人機界面（HMI）交互以及與上層制造執行系統（MES）或企業資源計劃（ERP）系統的通信。它解析用戶輸入的編程指令（如離線編程產生的代碼或示教器點位數據）。

中間層是運動控制層，這是系統的核心。它根據上層規劃出的路徑點，通過插補算法（如直線插補、圓弧插補）實時計算出密集的、平滑的路徑序列，并調用逆運動學模型，將末端路徑點轉換為各關節的期望角度序列。這些數據被發送至底層的伺服驅動層。伺服驅動層由伺服驅動器和伺服電機構成，驅動器接收控制指令，通過內部的位置環、速度環和電流環（轉矩環）三閉環控制，精確地控制電機的轉動，并通過減速器傳遞到機器人關節。整個控制過程的實時性、穩定性和精度，是衡量一個機器人控制系統性能的關鍵指標。