机器人运动学（Robot Kinematics）是不考虑力和力矩，只研究机器人各坐标系、关节变量、速度以及末端执行器位姿之间几何关系的学科。
它回答“机器人会到哪里、姿态是什么、速度如何传递”，而不是“需要多大力矩才能做到”。后者属于机器人动力学。在机械臂中，FK把关节空间映射到末端位姿，IK把目标末端位姿反求为关节配置，雅可比矩阵则描述关节速度和末端速度之间的局部线性关系。
三个层次
- 位置层运动学：研究 和 ，对应 FK 和 IK。
- 速度层运动学：研究 ，核心工具是雅可比矩阵。
- 加速度层运动学：研究 、 以及雅可比变化率，常用于轨迹规划和模型控制。
这些层次都不直接引入质量和力矩。它们只处理几何关系、坐标系关系和微分关系。
在工程链路中的位置
机器人运动学通常处在感知、规划和控制之间：
- 感知系统给出物体或目标在某个坐标系下的位姿。
- 运动学模型把目标位姿转为机器人末端或关节目标。
- 控制器和动力学模型决定如何稳定、受限地执行这些目标。
如果运动学模型错了，后面的控制器再稳定也会追错目标。常见问题包括坐标系方向错、工具偏置漏建、关节零位不一致、左右手系混用和姿态表示约定不一致。
和动力学的边界
运动学可以判断“这个姿态几何上是否可达”，但不能保证“这个姿态能否在当前速度、负载和接触条件下安全到达”。例如一个目标位姿可能有 IK 解，但由于负载太重、关节力矩不足或路径上有碰撞，实际仍不可执行。