Frihedsgrader er antallet af uafhængige bevægelser, en robot kan foretage. En robotarm, der glider op og ned, har én frihedsgrad. Tilføj en roterende base, og den har to. Tilføj et håndled, der vipper og roterer, og tælleren stiger. Hver frihedsgrad svarer til et led eller en bevægelig akse.

I rummet har et stift legeme seks frihedsgrader: tre translationer og tre rotationer. En robot, der kan kontrollere alle seks, kan placere og orientere et objekt hvor som helst inden for dens rækkevidde. Færre end seks, og visse positioner eller orienteringer er umulige. Mere end seks, og robotten er redundant, hvilket kan være nyttigt til at nå uden om forhindringer.

Frihedsgrader i almindelige robotter

• SCARA-robot: fire frihedsgrader, hurtig montering.
• Seksakset industriarm: seks grader, fuld positionskontrol.
• Humanoid arm: syv grader, redundant som et menneske.
• Delta-robot: tre grader, højhastigheds pick and place.
• Mobil robot: tre grader på gulvet, mere med en manipulator.

Flere frihedsgrader betyder mere fleksibilitet, men også mere kompleksitet. Hvert led tilføjer vægt, omkostninger og kontroludfordringer. Invers kinematik, at finde ud af hvilke ledvinkler der producerer en ønsket position, bliver vanskeligere, efterhånden som antallet stiger. Redundante robotter kan vælge mellem mange løsninger. Denne fleksibilitet giver dem mulighed for at undgå singulariteter, konfigurationer hvor matematikken bryder sammen, og robotten mister kontrollen. Frihedsgrader er en simpel optælling med vidtrækkende konsekvenser for, hvad en robot kan og ikke kan gøre.