یک شی در جهان فیزیکی می­تواند تا شش درجه آزادی رو به جلو/ عقب، به اطراف، بالا / پایین و همچنین دوران حول محور آن، داشته باشد. این دوران به عنوان پیچش، گردش و چرخش شناخته و در شکل 2-3 نشان داده شده است. تعداد جهت­هایی که ربات می­تواند حرکت نماید بستگی به ساختار عملگرها و قیدهای ربات نسبت به محیط دارد. این روابط همیشه درک بصری نیست و نیاز به درک دقیق تر ریاضی (فصل 3) دارد. هدف از این بخش معرفی درجات آزادی مکانیزم­های استاندارد مانند چرخ و یا بازوهای ساده است که بطور مکرر در طراحی ربات استفاده می­شود. برای شاسی­های چرخ دار، درجه آزادی توسط نوع چرخ استفاده شده و جهت گیری آن تعریف می­شود. انواع چرخ متداول در جدول 2-1 ذکر شده است.

شکل 2-3.: چرخش، گردش و پیچش حول محورهای اصلی هواپیما

فقط رباتی که به طور خاص چرخ با سه درجه آزادی دارد (3-DOF) می­تواند آزادانه در صفحه حرکت نماید. دلیل این است که وضعیت یک ربات در صفحه به طور کامل توسط موقعیت خود (دو مقدار) و جهت گیری آن (یک مقدار) داده شده است. ربات­هایی که چرخ با سه درجه آزادی ندارند قیدهای سینماتیکی دارند که آنها را از رسیدن به هر نقطه ممکن در هر جهت ممکن جلوگیری می­نماید. برای مثال، یک چرخ دوچرخه فقط می­تواند در یک جهت بچرخد. حرکت چرخ دوچرخه در جهت متعامد آن امکان پذیر نیست، مگر اینکه به زور کشیده (skidding) شود، که نیاز به توجه بیشتری دارد که در این کتاب پوشش داده نمی­شود. از سوی دیگر، داشتن سه درجه آزادی به این معنا نیست که به همه وضعیت­ها در صفحه می­توان رسید. یک آنالوگ خوب اشکال در یک صفحه شطرنج هستند. برای مثال، یک وزیر می­تواند به هر خانه در صفحه شطرنج برسد اما ممکن است نیاز به حرکت های متعدد برای انجام این کار باشد. این شبیه به یک ماشین است که می­تواند با استفاده از حرکات عقب و جلو پارک نماید. در عوض، مهره شاه تنها می­تواند به زمینه­های سیاه یا سفید صفحه شطرنج برسد.