Ein Freiheitsgrad (englisch degree of freedom, DOF) ist eine unabhängige Bewegungsrichtung, die ein Mechanismus ausführen kann. Bei einem humanoiden Roboter entspricht die Anzahl der DOF ungefähr der Anzahl seiner einzeln angesteuerten Gelenke: Jedes Gelenk, das von einem eigenen Aktuator angetrieben wird, fügt einen Freiheitsgrad hinzu. Je mehr DOF, desto natürlicher und geschmeidiger bewegt sich der Roboter — aber desto komplexer ist seine Steuerung, teurer der Aufbau und höher der Energieverbrauch.
Zur Veranschaulichung: Der menschliche Körper hat insgesamt Hunderte von Freiheitsgraden, allein die Hand hat etwa 27. Humanoide Roboter nähern sich dieser Geschicklichkeit erst an. Die Unterschiede zwischen den Maschinen sind dabei groß und veranschaulichen gut die Philosophie jedes Herstellers.
Der reich ausgestattete Atlas von Boston Dynamics hat 56 Freiheitsgrade und vollrotatorische Gelenke, wodurch er akrobatische Rollen ebenso bewältigt wie präzise Manipulation. Im Gegensatz dazu kommt der preisgünstige Unitree G1 mit 23 Freiheitsgraden aus — immer noch genug für das Gehen und einfache Handarbeit, aber mit einfacherer Mechanik. Die ausdrucksstarke Ameca hat über 60 DOF, die hauptsächlich auf Gesicht und obere Körperhälfte konzentriert sind, denn ihre Aufgabe ist glaubwürdige Mimik, nicht das Tragen von Lasten.
Wichtig ist, wo die Freiheitsgrade angeordnet sind. Ein für Manipulation bestimmter Roboter braucht viele DOF in den Händen und geschickten Fingern, während ein gehendes Fahrwerk vor allem robuste Gelenke in den Beinen erfordert. Das Marketing nennt oft die Gesamtzahl der DOF als einzige Zahl, doch sie allein sagt nichts darüber aus, ob ein Roboter geschickt ist — es kommt auf die Verteilung der Gelenke an, die Qualität der Aktuatoren und vor allem auf die Software, die sie über inverse Kinematik und Ganzkörpersteuerung steuert. Mehr Gelenke bedeuten also Potenzial, nicht automatisch einen besseren Roboter.