Stupeň volnosti (anglicky degree of freedom, DOF) je jeden nezávislý směr pohybu, který mechanismus umí vykonat. U humanoidního robota se počet DOF zhruba rovná počtu jeho samostatně ovládaných kloubů: každý kloub poháněný vlastním aktuátorem přidává jeden stupeň volnosti. Čím víc DOF, tím přirozeněji a pružněji se robot pohybuje — ale tím složitější je jeho řízení, dražší stavba a vyšší spotřeba energie.
Pro představu, lidské tělo má dohromady stovky stupňů volnosti, jen samotná ruka jich má kolem 27. Humanoidní roboti se k této obratnosti teprve blíží. Rozdíly mezi stroji jsou přitom velké a dobře ilustrují filozofii každého výrobce.
Bohatě vybavený Atlas od Boston Dynamics má 56 stupňů volnosti a plně rotační klouby, díky čemuž zvládá akrobatické kotouly i přesnou manipulaci. Naproti tomu cenově dostupný Unitree G1 vystačí s 23 stupni volnosti — pořád dost na chůzi a základní práci rukama, ale s jednodušší mechanikou. Expresivní Ameca má přes 60 DOF soustředěných hlavně do obličeje a horní poloviny těla, protože jejím úkolem je věrohodná mimika, ne nošení břemen.
Důležité je, kam jsou stupně volnosti umístěné. Robot určený pro manipulaci potřebuje mnoho DOF v rukou a obratných prstech, zatímco kráčející podvozek vyžaduje hlavně robustní klouby v nohou. Marketing často uvádí celkový počet DOF jako jediné číslo, ale samo o sobě neříká, jestli je robot šikovný — záleží na rozložení kloubů, kvalitě aktuátorů a hlavně na softwaru, který je řídí přes inverzní kinematiku a řízení celého těla. Více kloubů tedy znamená potenciál, nikoli automaticky lepší robot.