운동학은 힘을 고려하지 않고 움직임을 연구합니다. 로봇이 어디로 이동하는지를 알려주지만, 그 위치에 도달하는 데 필요한 토크는 계산하지 않습니다. 정운동학은 관절 각도로부터 엔드 이펙터의 위치를 ​​계산합니다. 역운동학은 그 반대로, 원하는 위치가 주어졌을 때 필요한 관절 각도를 계산합니다.

정방향 운동학은 간단합니다. 기저부에서 끝단까지 변환 행렬을 곱하면 됩니다. 역방향 운동학은 더 어렵습니다. 여러 해가 존재할 수 있으며, 일부는 구할 수 없을 수도 있습니다. 방정식에 폐쇄형 해가 없는 경우도 있어 수치 해석 방법을 사용해야 합니다. 6축 로봇 팔은 일반적으로 주어진 자세에 대해 최대 8개의 역방향 운동학 해를 갖습니다.

운동학적 개념

• 자유도: 독립적인 운동.
• 작업 공간: 로봇이 도달할 수 있는 공간.
• 특이점: 로봇이 자유도 하나를 잃는 상태.
• 자코비안: 관절 속도와 엔드 이펙터 속도 간의 관계를 나타냅니다.
• 과잉: 자세를 취하는 데 필요한 것보다 관절이 더 많다.

로봇 프로그래머가 가장 먼저 배우는 것은 운동학입니다. 운동학은 로봇이 특정 지점에 도달할 수 있는지, 얼마나 빠르게 이동할 수 있는지, 그리고 이동 중에 특이점에 부딪힐지 여부를 결정합니다. 특히 특이점은 매우 까다롭습니다. 특이점에서는 자코비안 행렬의 차수가 낮아지고, 작은 직교 좌표 운동에도 엄청나게 큰 관절 속도가 필요하게 됩니다. 제어기는 특이점을 피하는 경로를 계획함으로써 이를 회피합니다. 운동학은 순수한 기하학입니다. 질량, 마찰, 중력을 무시합니다. 이러한 단순성 덕분에 운동학은 동역학을 배우기 전에 로봇의 움직임을 예측하는 데 유용한 기초가 됩니다.