Begriffe · Glossar
Freiheitsgrade.Was der Begriff bedeutet.
Freiheitsgrade (englisch Degrees of Freedom, DoF) bezeichnen die Zahl der voneinander unabhängigen Bewegungsmöglichkeiten eines mechanischen Systems. Bei Robotern entspricht in der Regel jedes angetriebene Gelenk einem Freiheitsgrad.
Kurz beantwortet · Stand Oktober 2026
01 Definition
Freiheitsgrade: die Erklärung.
Ein starrer Körper im Raum hat sechs Freiheitsgrade: drei Verschiebungen entlang der Achsen und drei Drehungen um die Achsen. Um einen Gegenstand in beliebiger Lage und Ausrichtung zu greifen, braucht ein Roboterarm deshalb mindestens sechs Freiheitsgrade. Klassische Knickarmroboter haben sechs Achsen. Die Norm ISO 8373:2021 verlangt für einen Industrieroboter (3.6) mindestens drei programmierbare Achsen. Mobile Roboter haben zusätzlich Freiheitsgrade der Fortbewegung. Ein Fahrzeug auf ebenem Boden bewegt sich in zwei Richtungen und dreht sich um eine Achse.
Ein Gelenk verbindet nach ISO 8373:2021 (4.8) zwei starre Körper und erlaubt eine begrenzte Bewegung zwischen ihnen. Ein Drehgelenk liefert eine Drehung, ein Schubgelenk eine lineare Bewegung. Gelenke können angetrieben oder passiv sein. Für die Steuerung zählen vor allem die angetriebenen Gelenke, weil nur sie gezielt bewegt werden können.
Hat ein Arm mehr Freiheitsgrade als für die Aufgabe nötig, nennt man ihn redundant. Ein Arm mit sieben Achsen kann denselben Punkt mit unterschiedlichen Ellbogenstellungen erreichen und so Hindernissen ausweichen. Ein humanoider Roboter hat in Summe viele Freiheitsgrade in Beinen, Rumpf, Armen, Händen und Kopf. Die Ganzkörpersteuerung muss sie gleichzeitig koordinieren.
Mehr Freiheitsgrade sind nicht automatisch besser. Jeder Freiheitsgrad bringt einen weiteren Antrieb, mehr Gewicht, mehr Energiebedarf, mehr mögliche Fehlerquellen und mehr Wartung. Eine Hand mit vielen Fingergelenken greift vielseitiger, ist aber empfindlicher als ein einfacher Parallelgreifer. Im Datenblatt humanoider Roboter steht die Zahl der Freiheitsgrade oft getrennt nach Körperbereichen. Für die Beurteilung zählt, ob die Freiheitsgrade dort sitzen, wo die Aufgabe sie braucht, etwa im Handgelenk für das Einsetzen von Teilen oder im Rumpf für das Bücken zu tiefen Regalebenen.
02 Industrie
Was das für ein großes Werk heißt.
Für ein Werk ist die Zahl der Freiheitsgrade eine Kennzahl im Datenblatt, die man mit der Aufgabe abgleichen sollte. Wichtiger als die Gesamtzahl ist, wo sie sitzen: in Händen, Handgelenk, Rumpf oder Beinen. Jeder zusätzliche Antrieb erhöht den Aufwand für Ersatzteile und Instandhaltung in einer Flotte.
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03 Abgrenzung
Abgrenzung zu verwandten Begriffen.
| Begriff | Unterschied |
|---|---|
| Achse | Achse ist der in der Industrierobotik übliche Begriff für einen angetriebenen Freiheitsgrad eines Manipulators. |
| Arbeitsraum | Der Arbeitsraum beschreibt, welche Punkte ein Roboter erreicht, die Freiheitsgrade beschreiben, wie viele unabhängige Bewegungen er dafür hat. |
| Aktuator | Ein Aktuator ist der Antrieb, der einen Freiheitsgrad bewegt. |
04 Weiter
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05 Fragen
Häufige Fragen kurz beantwortet.
Was bedeuten Freiheitsgrade bei einem Roboter?
Freiheitsgrade geben an, wie viele unabhängige Bewegungen ein Roboter ausführen kann. In der Regel steht jedes angetriebene Gelenk für einen Freiheitsgrad. Ein klassischer Industrieroboterarm hat sechs, weil ein Gegenstand im Raum sechs Freiheitsgrade hat: drei Verschiebungen und drei Drehungen. Humanoide Roboter haben deutlich mehr, verteilt auf Beine, Rumpf, Arme und Hände.
Warum haben Roboterarme sechs Achsen?
Roboterarme haben meist sechs Achsen, weil ein Gegenstand im Raum sechs Freiheitsgrade besitzt. Mit drei Achsen für die Position und drei für die Ausrichtung kann der Arm einen Punkt in jeder beliebigen Lage anfahren, solange er im Arbeitsraum liegt. Arme mit sieben Achsen sind redundant und können Hindernissen besser ausweichen.
Wie viele Freiheitsgrade braucht ein humanoider Roboter?
Eine feste Zahl gibt es nicht, die Freiheitsgrade eines humanoiden Roboters hängen von Bauweise und Aufgabe ab. Hersteller geben sie im Datenblatt an, oft getrennt nach Beinen, Armen und Händen. Für Industrieaufgaben zählt vor allem, ob Arme und Hände genug Freiheitsgrade für die nötigen Griffe haben.
Quellen · Stand Oktober 2026
- ISO 8373:2021 Robotics, Vocabulary (u. a. 3.1, 3.2, 4.1, 4.12, 4.15, 4.15.5)
- ISO 8373:2021, Leseprobe mit Begriffen 3.1 bis 4.16
- Sentis, Khatib (2005): Synthesis of whole-body behaviors through hierarchical control of behavioral primitives, International Journal of Humanoid Robotics 2(4)
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