Stupně volnosti udávají počet nezávislých pohybů, které robot může provést. Rameno robota, které se posouvá nahoru a dolů, má jeden stupeň volnosti. Přidejte otočnou základnu a má dva. Přidejte zápěstí, které se naklání a otáčí, a počet se zvyšuje. Každý stupeň volnosti odpovídá kloubu nebo pohyblivé ose.

V prostoru má tuhé těleso šest stupňů volnosti: tři translace a tři rotace. Robot, který dokáže ovládat všech šest stupňů volnosti, může umístit a orientovat objekt kamkoli v dosahu. Méně než šest a některé polohy nebo orientace jsou nemožné. Více než šest a robot je redundantní, což může být užitečné pro obcházení překážek.

Stupně volnosti u běžných robotů

• Robot SCARA: čtyři stupně volnosti, rychlá montáž.
• Šestiosé průmyslové rameno: šest stupňů, plná kontrola polohy.
• Humanoidní paže: sedm stupňů, redundantní jako lidská.
• Delta robot: tři stupně, vysokorychlostní uchopení a umístění.
• Mobilní robot: tři stupně na podlaze, více s manipulátorem.

Více stupňů volnosti znamená větší flexibilitu, ale také větší složitost. Každý kloub přidává hmotnost, náklady a problémy s ovládáním. Inverzní kinematika, tedy zjištění, jaké úhly kloubů vytvářejí požadovanou polohu, se s rostoucím počtem stupňů volnosti stává obtížnější. Redundantní roboti si mohou vybrat z mnoha řešení. Tato flexibilita jim umožňuje vyhnout se singularitám, konfiguracím, kde se matematika hroutí a robot ztrácí kontrolu. Stupně volnosti jsou jednoduchý počet s hlubokými důsledky pro to, co robot může a nemůže dělat.