轨迹规划，往往称为机器人轨迹规划，属于低层规划，基本上不涉及工人智能问题，而是在机械手运动学和动力学的基础上，讨论在关节空间和笛卡儿空间中机器人运动的轨迹规划和轨迹生成方法。所谓轨迹，是指机械手在运动过程中的位移、速度和加速度。而轨迹规划是根据作业任务的要求，计算出预期的运动轨迹。

首先对机器人的任务、运动路径和轨迹进行描述。轨迹规划器只要求用户输入有关路径和轨迹的若干约束和简单描述，而复杂的细节问题则由规划器解决。例如，用户只需给出抓手的目标位姿，由规划器确定到达该目标的路径点、持续时间、运动速度等轨迹参数，并在计算机内部描述所要求的轨迹。最后，对内部描述的轨迹，实时计算机器人运动的位移、速度和加速度，生成运动轨迹。

通常将机械手的运动看作是工具坐标系相对于工作坐标系的运动。这种描述方法既适用于各种机械手，也适用于同一机械手上装夹的各种工具。

机械手

对抓放作业的机器人(如用于上、下料)，需要描述它的起始状态和目标状态，即工具坐标系的起始值和目标值。在此，用“点”这个词来表示工具坐标系的位置和姿态(简称位姿)，例如起始点和目标点等。对于另外一些作业，如弧焊和曲面加工等，不仅要规定机械手的起始点和终止点，而且要指明两点之间的若干中间点(称路径点)，必须沿特定的路径运动(路径约束)。这类运动称为连续路径运动或轮廓运动，而前者称为点到点运动。

在规划机器人的运动轨迹时，还需要弄清楚在其路径上是否存在障碍物(障碍约束)。根据有无路径约束和障碍约束的组合，可把轨迹规划划分为四类。轨迹规划器可形象地看成为一个黑箱，其输入包括路径的设定和约束，输出的是机械手末端手部的位姿序列，表示手部在各离散时刻的中间位形。

机械手

机械手最常用的轨迹规划方法有两种：

第一种方法要求用户对于选定的转变节点(插值点)上的位姿、速度和加速度给出一组显式约束(例如连续性和光滑程度等)，轨迹规划器从某一类函数(例如n次多项式)中选取参数化轨迹，对节点进行插值，并满足约束条件。

第二种方法要求用户给出运动路径的解析式；如为直角坐标空间中的直线路径，轨迹规划器在关节空间或直角坐标空间中确定一条轨迹来通近预定的路径。

轨迹规划既可在关节空间也可在直角空间中进行，但是所规划的轨迹函数都必须连续和平滑，使得操作臂的运动平稳。在关节空间进行规划时，是将关节变量表示成时间的函数，并规划它的一阶和二阶时间导数；在直角空间进行规划是指将手部位姿、速度和加速度表示为时间的函数。而相应的关节位移、速度和加速度由手部的信息导出。通常通过运动学反解得出关节位移，用逆雅可比求出关节速度，用逆雅可比及其导数求解关节加速度。

机械手

用户根据作业给出各个路径节点后，规划器的任务包含：解变换方程、进行运动学反解和插值运算等；在关节空间进行规划时，大量工作是对关节变量的插值运算。