La cinématique étudie le mouvement sans se préoccuper des forces. Elle détermine la position du robot, et non le couple nécessaire pour y parvenir. La cinématique directe calcule la position de l'effecteur terminal à partir des angles articulaires. La cinématique inverse fait l'inverse : étant donné une position souhaitée, quels angles articulaires sont nécessaires ?

La cinématique directe est simple : il suffit de multiplier les matrices de transformation de la base à l'extrémité. La cinématique inverse est plus complexe. Plusieurs solutions peuvent exister, certaines étant inaccessibles. Les équations peuvent ne pas admettre de solution analytique, ce qui impose le recours à des méthodes numériques. Un bras robotique à six axes possède généralement jusqu'à huit solutions de cinématique inverse pour une pose donnée.

Concepts cinématiques

• Degrés de liberté : mouvements indépendants.
• Espace de travail : le volume que le robot peut atteindre.
• Singularité : une configuration où le robot perd un degré de liberté.
• Jacobien : relie les vitesses articulaires aux vitesses de l’effecteur terminal.
• Redondance : plus d'articulations que nécessaire pour une pose.

La cinématique est la première notion qu'apprend un programmeur de robots. Elle détermine si un robot peut atteindre un point, à quelle vitesse il peut s'y déplacer et s'il risque de rencontrer une singularité en cours de route. Les singularités sont particulièrement problématiques. En présence d'une singularité, le jacobien perd de son rang et les petits mouvements cartésiens nécessitent des vitesses articulaires considérables. Les contrôleurs les évitent en planifiant des trajectoires qui les contournent. La cinématique relève de la géométrie pure. Elle néglige la masse, le frottement et la gravité. Cette simplicité la rend utile comme première étape avant d'aborder la dynamique.