Kinematica bestudeert beweging zonder rekening te houden met krachten. Het beantwoordt de vraag waar de robot naartoe gaat, niet welk koppel daarvoor nodig is. Voorwaartse kinematica berekent de positie van de eindeffector aan de hand van de gewrichtshoeken. Inverse kinematica doet het tegenovergestelde: welke gewrichtshoeken zijn nodig voor een gewenste positie?

Voorwaartse kinematica is eenvoudig. Vermenigvuldig de transformatiematrices van basis tot uiteinde. Inverse kinematica is complexer. Er kunnen meerdere oplossingen bestaan. Sommige zijn mogelijk onbereikbaar. De vergelijkingen hebben mogelijk geen gesloten vormoplossing, wat numerieke methoden noodzakelijk maakt. Een zesassige robotarm heeft doorgaans tot wel acht inverse kinematische oplossingen voor een gegeven positie.

Kinematische concepten

• Vrijheidsgraden: onafhankelijke bewegingen.
• Werkruimte: het volume dat de robot kan bereiken.
• Singulariteit: een configuratie waarbij de robot een bewegingsvrijheidsgraad verliest.
• Jacobiaan: relateert gewrichtssnelheden aan eindsnelheid van de effector.
• Overbodigheid: meer gewrichten dan nodig voor een bepaalde houding.

Kinematica is het eerste wat een robotprogrammeur leert. Het bepaalt of een robot een punt kan bereiken, hoe snel hij daarheen kan bewegen en of hij onderweg een singulariteit tegenkomt. Singulariteiten zijn bijzonder problematisch. Bij een singulariteit verliest de Jacobiaan zijn rang en vereisen kleine Cartesiaanse bewegingen enorme gewrichtssnelheden. Besturingseenheden vermijden ze door paden te plannen die erlangs blijven. Kinematica is pure geometrie. Het negeert massa, wrijving en zwaartekracht. Die eenvoud maakt het nuttig als eerste stap voordat dynamica in beeld komt.