Обернена кінематика — це обчислення, яке із заданого положення й орієнтації кінцевого ефектора — зазвичай кисті — визначає, як мають бути повернуті окремі суглоби робота. Це обернена задача до так званої прямої кінематики, яка, навпаки, із заданих кутів суглобів обчислює, де перебуває кисть. Для робота обернена кінематика необхідна: завдання-бо зазвичай звучить «постав кисть сюди», а не «поверни плече на 37 градусів і лікоть на 52 градуси».
Задача математично складна одразу з кількох причин. Передусім, для однієї й тієї самої цілі часто існує кілька розв’язків — до предмета можна дотягнутися з ліктем угору чи вниз, кисть можна зорієнтувати по-різному. У роботів із багатьма ступенями свободи, як-от людиноподібних, можливих конфігурацій безліч, тож система мусить розумно вибрати з цієї множини найдоречнішу. І навпаки, деяких цілей не можна досягти взагалі, бо вони лежать поза досяжністю руки. Розв’язок також має враховувати фізичні обмеження суглобів і уникати зіткнень із власним тілом чи з оточенням.
На практиці обернену кінематику обчислюють або аналітично для простіших рук, або — частіше у складних людиноподібних роботів — чисельно, повторюваним наближенням до цілі. Ці обчислення мусять виконуватися дуже швидко й багаторазово, адже робот постійно коригує свої руки за сенсорами та мінливим середовищем. Обернена кінематика є таким чином базовим шаром керування рухом у всіх маніпулюючих роботів, від PAL TALOS через Fourier GR-1 аж до Atlas та Optimus.
У людиноподібних роботів обернена кінематика переплітається з керуванням усім тілом (whole-body control): коли робот тягнеться по віддалений предмет, він рухає не лише рукою, а й залучає тулуб і ноги, при цьому мусячи зберегти рівновагу. Ціль кінцевого ефектора в такий спосіб розв’язується одночасно з багатьма іншими умовами нараз. Передові системи до того ж поєднують обернену кінематику з прогнозним керуванням (MPC), щоб спланувати рух не лише в правильне кінцеве положення, а й плавно та енергоощадно по всій траєкторії.