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硅片传输机器人是半导体制造业中重要的传输、定位设备,其工作的速度、定位精度和可靠性等直接影响硅片的生产效率和制造质量。国外非常重视硅片传输机器人技术的研究,已形成了较完善的技术体系,与此相比目前国内尚无产品化的硅片传输机器人,因此研制具有自主知识产权的硅片传输机器人具有积极的意义。 本文首先对现有两种主流的硅片传输机器人进行比较分析的基础上,根据硅片在超精密加工过程中的传输和定位要求,选择了结构紧凑、成本适中的R-θ型硅片传输机器人方案。并根据此类机器人对控制系统和驱动系统的要求,确定了基于开放式数控系统PMAC+PC的三自由度机器人控制方案,并采用交流伺服系统作为机器人的驱动系统。由此确定了硅片传输机器人的总体方案和性能指标。 根据上述的性能要求,进行了硅片传输机器人的机械本体设计。首先,在对伸缩手臂机构进行运动学分析基础上,采用同步齿形带传动机构,并通过解决传动比分配问题,实现了末端执行器的直线运动,此外本文还采用基于拉格朗同分析力学方法对该机构进行了动力学分析,目的是为电机的选取及控制和保证机器人保持优良的动态性能和静念特性提供理论指导。其次,在升降、旋转运动的执行机构的设计中,通过采用滚珠丝杠花键轴解决普通旋转升降机构结构复杂、刚性差以及转动惯量大的问题,提高了传动精度。具有很强的实用性。采用了滚珠丝杠花键轴作为升降、旋转运动的执行机构,是本课题的新颖之处。 控制系统是硅片传输机器人的神经中枢,根据其工作和运动的特点,采用了以基于PC的多轴运动控制器PMAC2-PC104为核心的控制方案。根据硅片传输机器人的点位控制特点确定了伺服系统的位置控制模式。并将PMAC的标志控制口改作为通用I/O口,在此基础上进行了硅片传输机器人的气动控制回路的设计。 最后结合机械本体进行了控制系统的硬件调试。在对PID调节进行分析的基础上,根据调节的经验和方法,对控制系统进行了PID参数调节。同时利用运动控制程序对硅片传输机器人进行了联调。初步调试结果表明,末端执行器可以实现径向直线运动。