La cinemática estudia el movimiento sin preocuparse por las fuerzas. Responde hacia dónde se dirige el robot, no qué par motor se necesita para llegar allí. La cinemática directa calcula la posición del efector final a partir de los ángulos de las articulaciones. La cinemática inversa hace lo contrario: dada una posición deseada, ¿qué ángulos de las articulaciones se necesitan?

La cinemática directa es sencilla: basta con multiplicar las matrices de transformación desde la base hasta la punta. La cinemática inversa es más compleja. Pueden existir múltiples soluciones, algunas de las cuales pueden ser inalcanzables. Las ecuaciones pueden carecer de una solución analítica, lo que obliga a utilizar métodos numéricos. Un brazo robótico de seis ejes suele tener hasta ocho soluciones de cinemática inversa para una posición determinada.

Conceptos cinemáticos

• Grados de libertad: movimientos independientes.
• Área de trabajo: el volumen que el robot puede alcanzar.
• Singularidad: una configuración en la que el robot pierde un grado de libertad.
• Jacobiano: relaciona las velocidades de las articulaciones con las velocidades de los efectores finales.
• Redundancia: más articulaciones de las necesarias para una postura.

La cinemática es lo primero que aprende un programador de robots. Determina si un robot puede alcanzar un punto, a qué velocidad puede moverse hasta allí y si encontrará una singularidad en el camino. Las singularidades son particularmente problemáticas. En una singularidad, el jacobiano pierde rango y los pequeños movimientos cartesianos requieren velocidades articulares enormes. Los controladores las evitan planificando trayectorias que las mantengan alejadas. La cinemática es geometría pura. Ignora la masa, la fricción y la gravedad. Esa simplicidad la hace útil como primer paso antes de que entre en juego la dinámica.