Frihetsgrader er antallet uavhengige bevegelser en robot kan gjøre. En robotarm som glir opp og ned har én frihetsgrad. Legg til en roterende base, og den har to. Legg til et håndledd som vipper og roterer, og tellingen stiger. Hver frihetsgrad tilsvarer et ledd eller en bevegelig akse.

I rommet har et stivt legeme seks frihetsgrader: tre translasjoner og tre rotasjoner. En robot som kan kontrollere alle seks, kan posisjonere og orientere et objekt hvor som helst innenfor rekkevidde. Færre enn seks, og noen posisjoner eller orienteringer er umulige. Mer enn seks, og roboten er redundant, noe som kan være nyttig for å nå rundt hindringer.

Frihetsgrader i vanlige roboter

• SCARA-robot: fire frihetsgrader, rask montering.
• Seksakset industriarm: seks grader, full posisjonskontroll.
• Humanoid arm: syv grader, redundant som et menneske.
• Deltarobot: tre grader, høyhastighets pick-and-place.
• Mobil robot: tre grader på gulvet, mer med manipulator.

Flere frihetsgrader betyr mer fleksibilitet, men også mer kompleksitet. Hvert ledd legger til vekt, kostnader og kontrollutfordringer. Invers kinematikk, å finne ut hvilke leddvinkler som gir en ønsket posisjon, blir vanskeligere etter hvert som antallet øker. Redundante roboter kan velge mellom mange løsninger. Denne fleksibiliteten lar dem unngå singulariteter, konfigurasjoner der matematikken bryter sammen og roboten mister kontrollen. Frihetsgrader er en enkel telling med dype konsekvenser for hva en robot kan og ikke kan gjøre.