Quỹ đạo là đường đi mà robot di chuyển trong không gian và thời gian. Nó không chỉ đơn thuần là một con đường. Một con đường chỉ là hình học. Quỹ đạo bao gồm vận tốc, gia tốc và thời gian. Nó xác định vị trí của robot tại mỗi thời điểm, chứ không chỉ là tuyến đường nó đi.

Tạo quỹ đạo là một vấn đề cốt lõi trong robot học. Bộ điều khiển cần một tín hiệu tham chiếu mượt mà để bám theo. Một sự thay đổi đột ngột về vị trí sẽ đòi hỏi gia tốc vô hạn. Các động cơ thực tế không thể làm được điều đó. Vì vậy, bộ tạo quỹ đạo tạo ra một đường cong mượt mà, thường là một đa thức hoặc một đường cong spline, tuân thủ các giới hạn về vận tốc và gia tốc. Robot sẽ bám theo quỹ đạo đó càng sát càng tốt.

Đặc điểm quỹ đạo

• Các đồ thị về vị trí, vận tốc và gia tốc.
• Gia tốc giật (Jerk): tốc độ thay đổi của gia tốc, được tối thiểu hóa để đạt được độ mượt mà.
• Tối ưu về thời gian: nhanh nhất có thể trong giới hạn cho phép.
• Bề mặt nhẵn mịn: giảm thiểu mài mòn và rung động.
• Không va chạm: tránh chướng ngại vật trên đường đi.

Một quỹ đạo tốt là quỹ đạo mượt mà và hiệu quả. Một quỹ đạo xấu là quỹ đạo giật cục và chậm. Độ giật (jerk), đạo hàm của gia tốc, đặc biệt quan trọng. Độ giật cao gây ra rung động, mài mòn và tiếng ồn. Các bộ tạo quỹ đạo giảm thiểu độ giật bằng cách sử dụng các đường cong hình chữ S thay vì các đường cong hình thang. Đường cong chữ S làm tăng gia tốc dần dần, tạo ra chuyển động mượt mà hơn. Quỹ đạo được tính toán trong không gian khớp hoặc không gian Descartes. Quỹ đạo trong không gian khớp dễ tính toán hơn và tránh được các điểm kỳ dị. Quỹ đạo trong không gian Descartes trực quan hơn nhưng có thể yêu cầu động học ngược phức tạp. Sự lựa chọn phụ thuộc vào nhiệm vụ. Một robot hàn sẽ đi theo quỹ đạo Descartes dọc theo đường hàn. Một robot gắp và đặt có thể sử dụng quỹ đạo trong không gian khớp để đạt tốc độ cao. Quỹ đạo là kế hoạch chuyển động của robot.