机器人运动学研究范畴涉及位姿的表述、坐标系变换、机器人工作空间、正向运动学和逆向运动学等内容，其中用到的主要数学工具包括：立体几何、向量与矩阵、四元数、旋量和微分方程等。  

       机器人运动学中最重要的内容是正向运动学和逆向运动学问题，其核心是机器人关节空间与操作空间的相互变换。正向运动学是在给定机器人所有关节位置和连杆几何参数的情况下，求得机器人执行器末端相对基座的位置和姿态的问题。正向运动学对于开发操作器坐标算法十分重要。逆向运动学是在给定机器人执行器末端相对于基座的位置和姿态(或位置和姿态随时间的变化曲线)，以及所有连杆几何参数的情况下，求得所有关节位置(或关节位置随时间的变化曲线)的问题。逆向运动学是机器人运动控制系统设计的重要依据。