2025年运动控制行业专题研究：人形机器人核心部件，高壁垒环节

运动控制系统：人形机器人核心部件

运动控制系统是人形机器人的核心部件。人形机器人的核心功能模块包括感知、决策、控制与执行等四部分，感知需要依赖各类传感器与视觉镜头， 决策依赖于大模型的计算能力，控制的载体则为运动控制系统，即所谓的人形机器人“小脑”。

也是智能高端装备的核心基础。运动控制是指对机械运动部件（即执行机构）的位置、速度、方向等变量进行实时控制，使其按照预期的运动轨迹和 规定的运动参数进行运动。以反馈控制为核心、机构为被控对象、数学为基础的运动控制技术是人类在发明和制造机器的过程中发展起来的一门科学技 术，是现代工业不可或缺的“制器之技”，高端装备之所以具备“高速、高精度、高实时响应”的作业性能，先进的运动控制系统在其中起着决定性的 关键作用。

运动控制系统是一个复杂的有机整体。一个完整的运动控制系统一般由人机交互界面、控制器、驱动器、电机等部件构成，其中控制器、驱动器、电 机三者相互联系，共同组成了运动控制系统的主干。操作员通过人机交互界面将运动指令下达给控制器，同时利用人机界面监控系统的运动状态；控制 器接收操作指令后进行运动轨迹规划，形成控制参数，向驱动器发送控制信号；驱动器将控制信号转变为能够驱动电机运转的电流和电压信号；执行电 机按所设定的力矩、速度、位置等指令信号完成相应的运动；另外，测量反馈装置将检测到的内外部信息向上反馈，保证运动控制系统能够正确运行。

市场需求：短期看顺周期复苏，中长期看制造业升级与机器人产业爆发。 1）作为顺周期品种，运动控制系统短期需求取决于宏观经济变化。运动控制系统作为工业自动化的核心基础，产业链相对成熟，被广泛应用于机器人 、机床、半导体、纺织机械、包装机械等各行各业，其短期需求不可避免受到宏观经济影响，受单一行业影响较小，顺周期属性明显。国内制造业PMI 近6个月有5个月位于荣枯线之上（仅25M1受春节扰动PMI低于50%），显示内需企稳回升趋势明显。 2）中长期受益于制造业智能化升级。无论国内，还是全球，制造业均存在智能化升级改造的趋势，这是提升生产力的必然选择，运动控制系统作为制 造业升级的关键核心装置，中长期需求必然增长。 3）人形机器人产业爆发会带来更广阔的发展空间。AI大模型等技术的快速发展使得具身智能机器人的产业爆发成为可能并提前，以“小脑”形式存在 的运动控制系统作为核心模块，价值量占比可参考机床数控系统（高档数控机床中数控系统成本占比20-40%），将充分受益机器人产业爆发。根据东 方财富网报道，马斯克表示Optimus 机器人将于今年开启试生产，预测今年产能可达5000-10000个，特斯拉目标在2026年生产5万个。

控制器：运动控制系统的核心，壁垒最高

控制器是运动控制系统中的核心模块，相当于机器的“大脑”。控制器基于对被控对象（运动机械机构）的运动学和动力学模型，依托内置的逻辑控 制、精密定位、轨迹控制等高性能运动控制算法，将接收到的控制目标指令进行运动规划，完成特定运动轨迹、位姿、位置、速度与加速度控制，以及 符合控制目标的精准指令输出（如温度、流量、速压力、位移等），并通过多种传感器信息反馈实现闭环控制，是运动控制系统的“大脑”。

运动控制器由轨迹生成器、插补器、控制回路和步序发生器四部分构成。轨迹生成器计算出任务希望的理想轨迹，生成控制相序和脉冲，达到控制运 动对象的目的。插补器根据位置或速度反馈单元的实际状态，按照轨迹生成器的要求，计算出驱动单元下一步将要执行的命令，然后交由控制回路进行 精确控制。如果是步进电机，则还有一部分就是步序发生器，步序发生器根据控制回路控制指令进一步生成控制相序和脉冲，达到控制运动对象的目的 。

控制器分为通用控制器与专用控制器两大类。通用控制器面向基础运动控制需求，支持直线、单点等简单轨迹规划，功能相对标准化，适合多行业通 用场景，主要包括PLC、PC-Based 运动控制卡、嵌入式控制器三大类。专用控制器针对特定行业需求深度优化，支持复杂运动模式（如三维空间圆弧 、螺旋运动）和高级算法（电子齿轮、样条曲线等），适用于高精度、高动态要求的场景，包括工业母机数控系统、工业机器人专用控制器等。

通用控制器中，控制卡能够实现更为复杂的运动控制。1）PLC：早期专注于逻辑控制与信号处理，擅长开关量控制、定时计数等基础逻辑操作，系 统相对简单，体积小，可靠性高；目前PLC已不仅局限于基础逻辑控制功能，还能通过模块化扩展与算法优化实现高精度运动控制。2）PC-Based运 动控制卡：以“板卡”形态存在，通常采用高性能DSP和FPGA作为核心处理器，系统通用性强、可拓展性强，能够满足复杂运动的算法要求；用户通 常以PC机作为信息处理平台，运动控制器以插卡形式嵌入PC机，即“PC+运动控制器”的模式，将PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器 的运动控制能力有机地结合在一起，可实现高性能多轴协调运动控制和高速点位运动控制。3）嵌入式控制器：以工业计算机的形态存在，集成了工业 计算机和插卡式运动控制器。

PLC：市场规模160亿元，国产化率不足20%

PLC即可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）。PLC本质上是一种专用于工业控制的计算机，使用可编程存储器储存指令，执行诸 如逻辑、顺序、计时、计数与计算等功能，并通过模拟或数字I/O组件，控制各种机械或生产过程的装置，是机器设备逻辑控制和实时数据处理的中心。

国内市场规模160亿元左右。受宏观需求走弱影响，最近2年PLC需求放缓，根据睿工业统计数据，2023年国内PLC市场规模约160亿元，同比-5.6%， 近5年CAGR=5.3%。

小型PLC主要应用于OEM市场，中大型PLC多应用于项目项市场。行业内通常根据I/O点数多少来划分PLC规格大小，一般I/O点数越多，控制关系越复 杂，要求的程序存储器容量也越大，可编程控制器的指令及其他功能也较多，能够适应大型、复杂的控制任务。根据中国工控网2015年数据，小型PLC 在OEM市场应用占比94%，在项目型市场占比6%；中型PLC在OEM市场占比31%，在项目性市场占比69%；大型PLC在OEM市场占比9%，在项目性市 场占比91%。

PC-Based控制卡：高性能运动控制器

运动控制卡：运动控制卡是一种基于PC总线，利用高性能微处理器及大规模可编程器件实现多个伺服电动机的多轴协调控制的高性能的步进/伺服电 动机运动控制器件，包括脉冲输出、脉冲计数、数字输入、数字输出、D/A输出等功能。它可以发出连续的、高频率的脉冲串，通过改变发出脉冲的频 率来控制电动机的速度，改变发出脉冲的数量来控制电动机的位置，它的脉冲输出模式包括脉冲/方向、脉冲/脉冲方式。脉冲计数可用于编码器的位置 反馈，提供机器准确的位置，纠正传动过程中产生的误差。数字输入/输出点可用于限位、原点开关等。运动控制卡广泛应用于工业自动化控制领域中 需要精确定位、定长的位置控制系统和基于PC的NC控制系统。

一般地，运动控制卡与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作（例如键盘和鼠标的管理、系 统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等）；控制卡完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的 处理、原点和限位等信号的检测等等）。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在Windows系统平台下自行开发、构造所需的控制系统，库函数包括S 型、T型加速，直线插补和圆弧插补，多轴联动函数等。这类似于我们手机的安卓系统应用，因此这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业 中设备自动化的各个领域。

驱动系统：运动控制系统的执行机构

驱动系统由驱动器与电机组成。驱动器是用来控制电机的一种装置，控制器产生的命令信号是微小的信号，需要驱动器放大这些信号至高功率的电压 和电流以满足电机工作的需要，因此驱动器也被称为放大器。

驱动系统主要包括伺服系统与步进系统。伺服系统产品种类丰富，按照功率大小可以分为小型伺服、中型伺服、大型伺服；按照末端执行机构种类可 以分为电气伺服、液压伺服、气动伺服；目前应用最为广泛的是电气伺服系统，电气伺服系统根据所驱动的电机类型分为直流伺服系统和交流伺服系统 。伺服系统是闭环控制，通过内置编码器实时反馈电机位置和精度，确保高精度定位；步进系统是开环控制，依赖脉冲信号驱动电机按固定步距角转动 ，无反馈机制，具有控制简单、成本低、可靠性高等方面的优势，但精度受限。

伺服系统：市场规模超200亿元，国产化率55%

伺服技术最早应用于军事，同样是外资技术领先。伺服技术最早应用于军事需求，例如军事船舶的自动驾驶、火炮的控制发射以及飞船与导弹的制导 ，后来被逐步应用于民用工业，如自动机床、针式打印机等，随着电机技术、电力电子技术、微电子技术、控制技术和计算机技术的快速发展，交流伺 服驱动技术日益成熟，性能和成本更具优势的交流伺服系统在国外得到快速发展，应用领域不断拓展，涌现出松下电器、安川电机、三菱电机、西门子 等知名品牌。我国伺服系统起步较晚，最初也是用于国防军工，2000年以后随着国内中高端制造业不断发展，国内伺服系统市场快速增长，国内厂商 纷纷开始民用伺服系统的研发，通过引进、消化吸收国际先进技术等举措，国产伺服系统产品质量和技术水平不断提升。

伺服系统国产化率相对较高，内资品牌市占率提升明显。总体来说，外资品牌仍在伺服系统占据重要地位，但内资品牌市占率提升明显。根据睿工业 数据，2023年国内通用伺服系统国产化率超过50%，达到55.0%；日韩品牌市占率持续收缩，2023年为26.0%；欧美品牌市占率保持稳定，2023年为 19.0%。从企业上来看，2023年国内通用伺服系统龙头为汇川技术，市占率高达28.2%，行业前十名中包含禾川科技、信捷电气、雷赛智能等其他3家 内资品牌，日系品牌安川电机、三菱电机、松下电器、欧姆龙等企业市占率持续下降。

报告节选：