Frihetsgrader är antalet oberoende rörelser en robot kan göra. En robotarm som glider upp och ner har en frihetsgrad. Lägg till en roterande bas och den har två. Lägg till en handled som lutar och roterar och antalet stiger. Varje frihetsgrad motsvarar en led eller en rörlig axel.

I rymden har en stel kropp sex frihetsgrader: tre translationer och tre rotationer. En robot som kan kontrollera alla sex kan positionera och orientera ett objekt var som helst inom räckhåll. Färre än sex och vissa positioner eller orienteringar är omöjliga. Mer än sex och roboten är redundant, vilket kan vara användbart för att nå runt hinder.

Frihetsgrader i vanliga robotar

• SCARA-robot: fyra frihetsgrader, snabb montering.
• Sexaxlig industriarm: sex grader, full positionskontroll.
• Humanoid arm: sju grader, redundant som en människa.
• Deltarobot: tre grader, höghastighetsplockning och placering.
• Mobil robot: tre grader på golvet, mer med en manipulator.

Fler frihetsgrader innebär mer flexibilitet men också mer komplexitet. Varje led ökar vikten, kostnaden och kontrollutmaningarna. Invers kinematik, att lista ut vilka ledvinklar som producerar en önskad position, blir svårare ju mer antalet ökar. Redundanta robotar kan välja mellan många lösningar. Den flexibiliteten låter dem undvika singulariteter, konfigurationer där matematiken bryter samman och roboten förlorar kontrollen. Frihetsgrader är ett enkelt räkningssätt med djupgående konsekvenser för vad en robot kan och inte kan göra.