Vertikal-Knickarmroboter, auch als Vertikal-Gelenkarmroboter bezeichnet, sind Roboter mit einer seriellen Kinematik aus typischerweise fünf oder sechs Achsen, die beliebige Bewegungen einschließlich Kippbewegungen in alle Richtungen ermöglichen. 
Die erste vertikale Drehachse dient zur Drehbewegung des ersten Armes um den Roboterfuß. Die weiteren Arme schließen sich jeweils an den Gelenken des vorhergehenden Gelenkarms an. Die Gelenkarme sind in vertikaler Richtung beweglich und ermöglichen einen annähernd kugelsegmentförmigen Arbeitsraum. Am Ende der kinematischen Kette ist der Endeffektor zur Aufnahme eines Greifers oder von Werkzeugen angebracht, der über bis zu drei Handgelenk-Achsen in jede beliebige Orientierung gefahren werden kann. 
Vertikal-Knickarmroboter benötigen für jeden Gelenkarm einen eigenen Antrieb, welcher die Achse durch sein Eigengewicht belastet. Durch das Gewicht der Antriebe sowie das sich addierende Spiel der Gelenke bieten Vertikal-Knickarmroboter im Vergleich zu Scara- oder Parallelkinematik-Robotern eine geringere Geschwindigkeit, Dynamik und Wiederholgenauigkeit. Vorteile von Vertikal-Knickarmrobotern sind ihre Flexibilität und universelle Einsetzbarkeit.

Vertikal-Knickarmroboter verfügen über eine horizontal drehbare Basis und je nach Ausführung über vier bis fünf weitere Gelenkachsen und ähneln in ihrer Beweglichkeit einem menschlichen Arm. Sie können sich in einem annähernd kugelsegmentförmigen Arbeitsraum dreidimensional und mit beliebiger Orientierung von Greifern und Werkzeugen bewegen. Durch das mögliche zeitgleiche Bewegen aller Gelenke sind die Roboter in der Lage, sehr komplexe Bewegungsabläufe auszuführen. Durch die Hebelwirkung nimmt die Tragkraft der Roboterarms mit zunehmender Auslegerweite ab.
Da die Antriebe in den Handachsen und Armgelenken integriert sind, muss zusätzlich die Masse aller Antriebe mit den Achsen bewegt werden und erfordert in vielen Fällen einen Gewichtsausgleich für die Antriebe. Die koordinierte Punkt-zu-Punkt- oder bahnförmige Bewegung der einzelnen Gelenke wird von der Steuerung geregelt.