一般是指机器人关节空间的维数高于其任务空间维数的机器人，关节空间维数与任务空间维数之差称为机器人的冗余自由度，如果给定了冗余机器人的末端位姿，关节空间可以有无数个位形与之对应，在关节空间中形成一个（）维流形；如果机器人关节空间的维数等于其任务空间的维数，即给定机器人末端位姿，与之对应的关节解是确定的，机构运动上没有灵活性，则为非冗余自由度机器人。

对冗余机器人而言，与任务空间中一点对应的关节位形有无限多个。换句话说，冗余机器人能够在一个较大的关节子空间中运动而保持其末端位姿不变，这种不影响末端位姿的运动称为冗余机器人的自运动。由于冗余机器人具有自运动特性，因此相比于非冗余自由度机器人具有以下优点：具有更好的灵活性，在给定了任务空间中的路径下，能避奇异位形、避障、防止关节运动超限和提高动力学性能等。此外，机器人的冗余特性还为机器人提供了一定容错能力，因此，容错机器人是冗余机器人的一个重要应用领域，冗余机器人的容错能力可以分为运动学容错能力和动力学容错能力。运动学容错能力是指冗余机器人对故障关节速度重新调整的能力；动力学容错能力是指冗余机器人对故障关节力矩重新调整的能力。

由于冗余自由度的存在，冗余机器人较之非冗余机器人而言，在控制方法上有本质的区别。冗余度机器人的优化控制，按优化目标可以分为运动学优化、动力学优化和多目标同时优化；按优化方法可以分为局部优化控制、全局优化控制和容错控制。冗余机器人对于给定的末端位姿有无穷组关节解，因此可以在无穷多组解中选择符合需要的优化解，在复杂的工作环境中，冗余机器人可以通过运动学和动力学优化控制来实现其灵活性（避奇异位形）、避障、防止关节运动超限或关节力矩超限、容错、抑制振动等。