Các cấu trúc cơ khí của một robot phải được điều khiển để thực hiện nhiệm vụ của chúng.Quá trình điều khiển một robot bao gồm ba giai đoạn - thu thập dữ liệu từ cảm biến, xử lý, ra lệnh thực hiện. Các cảm biến cung cấp thông tin về môi trường hoặc các trong nội bộ robot (ví dụ như vị trí của các khớp hoặc cơ cấu chấp hành đầu cuối). Những thông tin này sau đó được xử lý để tính toán các tín hiệu điều khiển phù hợp với thiết bị chấp hành để di chuyển các bộ phận cơ khí.

Giai đoạn xử lý có độ phức tạp khác nhau. Ở mức độ phản ứng, các thông tin cảm biến thô sẽ được chuyển thành tín hiệu điều khiển trực tiếp ra thiết bị chấp hành. Bộ tổng hợp cảm biến trước tiên được sử dụng để ước tính các thông số có liên quan (ví dụ vị trí tay gắp của robot) từ dữ liệu cảm biến. Một tác vụ tức thời (như di chuyển tay gắp theo một hướng nhất định) được suy ra từ những tính toán này. Các kỹ thuật từ lý thuyết điều khiển sẽ chuyển đổi tác vụ này thành các lệnh đưa đi điều khiển các thiết bị chấp hành.

Ở quy mô thời gian dài hơn hoặc với nhiệm vụ phức tạp hơn, các robot có thể cần phải được trang bị một mô hình "nhận thức". Mô hình nhận thức biểu thị cho cách thức robot tương tác với thực tại. Các nhận dạng mẫu và thị giác máy tính có thể được sử dụng để theo dõi các đối tượng. Kỹ thuật lập bản đồ có thể được sử dụng để xây dựng bản đồ thực tế. Cuối cùng, cách thức chuyển động và các kỹ thuật trí tuệ nhân tạo có thể được sử dụng để tìm ra cách để thực thi. Ví dụ, một robot có thể tìm ra cách để hoàn thành một nhiệm vụ mà không va chạm với chướng ngại vật, hoặc bị ngã...

Các cấp độ độc lập

Các hệ thống điều khiển có mức độ độc lập khác nhau.

1. Tương tác trực tiếp được sử dụng cho các thiết bị điều khiển bằng tay qua dây hoặc từ xa, con người có quyền điều khiển gần như hoàn toàn chuyển động của robot.
2. Chế độ hỗ trợ từ nhân viên vận hành, nhân viên vận hành ra lệnh robot thực hiện các công việc ở mức bình đến cao cấp, các robot tự động tìm ra cách để hoàn thành mệnh lệnh.
3. Robot tự hành có thể di chuyển trong thời gian dài mà không cần sự tương tác của con người. Cấp độ cao hơn của tự chủ không nhất thiết đòi hỏi khả năng nhận thức phức tạp hơn. Ví dụ, robot trong nhà máy lắp ráp là hoàn toàn độc lập, nhưng hoạt động trong một mẫu hình cố định.

Một phân loại khác có tính đến sự tương tác giữa người điều khiển và các chuyển động của máy móc.

1. Thao tác từ xa. Người vận hành điều khiển từng động tác một, mỗi thay đổi của máy được xác định bởi các người vận hành.
2. Giám sát. Người vận hành xác định cách di chuyển hoặc các thay đổi vị trí và máy tự xác định cách thức di chuyển của bộ phận chấp hành.
3. Tự chủ về công việc. Nhân viên vận hành chỉ xác định nhiệm vụ và các robot tự mình hoàn thành nhiệm vụ.
4. Hoàn toàn tự chủ. Máy sẽ tạo ra và hoàn thành tất cả nhiệm vụ của mình mà không cần sự tương tác của con người.