研究六轴机械臂的运动学前，需要知道机械臂的自由度的定义：物体上的任意一个参考点相对基座坐标系O可进行独立自由运动的数量。自由度的计算十分简洁。例如一个物体如正方体，取其中心点作为参照点，若该参参照点能分别沿ox,oy 和oz轴进行平移伸缩运动,和分别绕着ox,oy,oz进行回旋运动，那么该参照点可以有六个自由度，以此类推。
人们希望智能机械臂能够以准确的方位让它的末端执行器如手爪，喷漆枪移动到指定的位置，假如机械臂的功能事先是未知的，那么机械臂该拥有尽量多的自由度，以满足使用者的需求。若某种类型机械臂具有一定的特殊结构，相应就会减少使用一定的自由度。
从机械臂的运行的流畅度来看，自由度越多的机械臂可以做的动作会更多，机械臂构型会越复杂，不过使用起来会更加方便。若自由度不够，就无法实现某个构型。例如六自由度机械臂无法做到像七自由度工业机器臂在焊接零件那样，在同一个点焊接的时候，可以变换多种构型，就如人的手臂有七个自由度，使得人们在扭钥匙开门时，人的手的动作不会十分夸张。但由于考虑机械臂的力臂的重量问题以及刚性问题，并不是自由度越多就越好。
还需要注意一个问题是机器人的末端执行器如手爪，在使用时，不能视为机械臂的一个自由度，因为这个自由度只能起到抓取物体的作用，并非平移物体或者旋转物体。
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