ロボットの動作の始端と終端の状態が与えられるときに，運動学や動力学に基づき，関節速度，加速度，加加速度や駆動力などの制約条件のもとで，途中の関節の動きを時間の関数として決定すること．軌道計画問題には，動作の空間的な経路が作業座標や関節座標で与えられ，その経路に沿う時間的な動きを決定する問題と，空間経路も含めて時間軌道を決定する問題がある．前者の問題は，空間経路に沿う移動量を表すパラメータに対しその時間微分をいかに決定するかという問題に帰着され，最短時間軌道を求めるアルゴリズムが与えられている．また一般の評価関数に対しては動的計画法を用いる方法などが提案されている．空間経路の決定も含む最適軌道計画に対しては，この問題が非線形系の最適制御問題として定式化されることから，最大原理を適用して軌道を決定する方法や，スプラインなどの適当な関数で軌道を近似し，その関数を記述するパラメータを探索変数として軌道を決定する方法などが提案されている．