Lập kế hoạch đường đi tính toán lộ trình để robot đạt đến mục tiêu. Nó xem xét các chướng ngại vật, hình dạng của robot và chi phí của các lộ trình khác nhau. Kết quả đầu ra là một chuỗi các điểm dừng hoặc một đường đi liên tục mà robot có thể đi theo. Lập kế hoạch chuyển động bổ sung thêm yếu tố thời gian và động lực học. Lập kế hoạch đường đi tập trung vào vị trí, chứ không phải thời điểm.

Các thuật toán kinh điển là Dijkstra và A*. Dijkstra tìm đường đi ngắn nhất trong đồ thị. A* bổ sung thêm một hàm heuristic để tăng tốc độ tìm kiếm. Trên bản đồ dạng lưới, A* nhanh và hiệu quả. Trên bản đồ liên tục, các thuật toán lập kế hoạch dựa trên lấy mẫu như RRT và PRM khám phá không gian bằng cách lấy mẫu ngẫu nhiên các cấu hình và kết nối chúng.

Các yếu tố cần xem xét khi lập kế hoạch đường đi

• Đường đi ngắn nhất: giảm thiểu khoảng cách.
• Lộ trình an toàn nhất: tối đa hóa khoảng cách an toàn so với chướng ngại vật.
• Đường đi tối ưu nhất: giảm thiểu các khúc cua và gia tốc.
• Lộ trình tiết kiệm năng lượng: giảm thiểu việc di chuyển lên dốc hoặc phanh.
• Những trở ngại luôn thay đổi: cần lập kế hoạch lại khi môi trường biến động.

Một con đường ngắn có thể không an toàn. Một con đường an toàn có thể dài. Người lập kế hoạch tối ưu hóa một hàm chi phí có trọng số các yếu tố này. Trong một nhà kho, chi phí có thể là thời gian. Trong một robot phẫu thuật, chi phí có thể là độ lệch so với quỹ đạo đã lập kế hoạch. Trong một robot thám hiểm hành tinh, chi phí có thể là rủi ro bị mắc kẹt. Lập kế hoạch đường đi là cầu nối giữa bản đồ và chuyển động. Nếu không có nó, robot biết nó muốn đi đâu nhưng không biết cách đến đó. Với nó, robot có thể điều hướng trong môi trường phức tạp mà không cần sự can thiệp của con người.