Le degré de liberté correspond au nombre de mouvements indépendants qu'un robot peut effectuer. Un bras robotisé qui coulisse verticalement possède un degré de liberté. Avec une base rotative, il en possède deux. Avec un poignet inclinable et rotatif, ce nombre augmente. Chaque degré de liberté correspond à une articulation ou à un axe de mouvement.

Dans l'espace, un corps rigide possède six degrés de liberté : trois translations et trois rotations. Un robot capable de contrôler ces six mouvements peut positionner et orienter un objet n'importe où à sa portée. Avec moins de six degrés de liberté, certaines positions ou orientations sont impossibles. Avec plus de six degrés de liberté, le robot devient redondant, ce qui peut s'avérer utile pour contourner les obstacles.

Degrés de liberté des robots courants

• Robot SCARA : quatre degrés de liberté, assemblage rapide.
• Bras industriel à six axes : six degrés, contrôle total de la pose.
• Bras humanoïde : sept degrés, redondant comme chez l’humain.
• Robot Delta : trois degrés, prise et pose à grande vitesse.
• Robot mobile : trois degrés au sol, davantage avec un manipulateur.

Plus de degrés de liberté signifient une plus grande flexibilité, mais aussi une complexité accrue. Chaque articulation ajoute du poids, du coût et des difficultés de contrôle. La cinématique inverse, c'est-à-dire la détermination des angles articulaires permettant d'atteindre une position souhaitée, devient plus complexe à mesure que le nombre d'articulations augmente. Les robots redondants peuvent choisir parmi de nombreuses solutions. Cette flexibilité leur permet d'éviter les singularités, ces configurations où les calculs mathématiques deviennent impossibles et où le robot perd le contrôle. Le nombre de degrés de liberté est un simple décompte, mais il a des conséquences importantes sur les capacités et les limites d'un robot.