直接運動學主要探討位置、速度、加速度，不考慮作用力，在機械臂領域中，針對終端器或所持有之加工具(End-effector or Tool)進行位置與方位之研究，並找出終點器直角坐標與機械臂中各關節座標之函數關係。三度空間中，機械臂擁有6個自由度，肩膀(shoulder)有2個自由度，手肘(elbow)有1個自由度。如機械臂大於6個自由度，則為Redundant
Robotic，如小於6個自由度則為Deficient
Robotic。
常見機械臂直接運動學分為以下兩種手法：
1.
自定座標其次轉換法：在每個自由度關節自訂一組座標{i}
(1)
定義每一個自由度關節的revolute
joint 及prismatic joint
(2)
相鄰座標使用齊次轉換矩陣T，轉換矩陣中包含旋轉及平移
2.DH轉換法：能使用較少的參數描述，矩陣計算較簡便，但機械臂在設計上需符合特殊條件。
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