Inverzní kinematika je výpočet, který z požadované polohy a orientace koncového efektoru — typicky ruky — určí, jak musejí být natočeny jednotlivé klouby robota. Jde o opačnou úlohu k takzvané dopředné kinematice, která naopak z daných úhlů kloubů spočítá, kde se ruka nachází. Pro robota je inverzní kinematika nezbytná: úkol totiž obvykle zní „dej ruku sem”, nikoli „natoč rameno o 37 stupňů a loket o 52 stupňů”.
Problém je matematicky náročný hned z několika důvodů. Předně, pro stejný cíl často existuje víc řešení — na předmět můžeme sáhnout s loktem nahoru i dolů, ruka se dá orientovat různě. U robotů s mnoha stupni volnosti, jako jsou humanoidi, je možných konfigurací nekonečně mnoho, takže systém musí z této množiny chytře vybrat tu nejvhodnější. Naopak na některé cíle nelze dosáhnout vůbec, protože leží mimo dosah paže. Řešení také musí respektovat fyzická omezení kloubů a vyhnout se kolizím s vlastním tělem nebo s okolím.
V praxi se inverzní kinematika počítá buď analyticky pro jednodušší ramena, nebo — častěji u složitých humanoidů — numericky, opakovaným přibližováním k cíli. Tyto výpočty musejí běžet velmi rychle a opakovaně, protože robot své paže neustále koriguje podle senzorů a měnícího se prostředí. Inverzní kinematika je tak základní vrstvou řízení pohybu u všech manipulujících robotů, od PAL TALOS přes Fourier GR-1 až po Atlas a Optimus.
U humanoidů se inverzní kinematika prolíná s řízením celého těla (whole-body control): když robot sahá pro vzdálený předmět, nepohybuje jen paží, ale zapojí i trup a nohy a přitom musí udržet rovnováhu. Cíl koncového efektoru se tak řeší současně s mnoha dalšími podmínkami naráz. Pokročilé systémy navíc spojují inverzní kinematiku s prediktivním řízením (MPC), aby pohyb naplánovaly nejen do správné koncové polohy, ale i hladce a energeticky úsporně po celé dráze.