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应用于EFEM模块的硅片搬运机器人若干问题的研究

作 者: 王文钊
导 师: 胡明
学 校: 东北大学
专 业: 机械制造及其自动化
关键词: 硅片搬运机器人 EFEM模块 轨迹规划 结构优化 有限元分析
分类号: TP242
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 2次
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内容摘要


随着科技的进步,电子产品正在日新月异的发展,使得集成电路(IC)产业处在不断的变革之中。因此,对IC产品中主要工作单元——硅片的加工与搬运要求也越来越高。80年代末,机器人技术引入到IC自动化装备技术中,其主要承担着硅片的精确定位与快速、平稳地搬运任务,机器人的工作性能直接影响着硅片的生产效率和制造质量。因此,对机器人的研制和关键技术的探讨具有深远的意义。EFEM模块是半导体工业的整个生产流程中的中转枢纽,是一种高洁净等级的微环境设备,用来建造超洁净等级的硅片存储环境并传送硅片到指定加工工位。本文主要围绕EFEM模块中所应用的机器人进行的研究。首先,本文首先研究了硅片搬运机器人的国内外研究现状,概述了现有硅片搬运机器人的类型。在此基础上,详细研究了硅片搬运机器人的构型设计及选型。根据在EFEM模块中机器人的作业要求及制造成本,对平面关节型机器人和径向直线伸缩型机器人的性能进行了对比,最后选取成本较低、可行性较高的间接驱动平面关节型机器人作为EFEM模型中的硅片搬运机器人。其次,本文详细介绍了机器人轨迹规划的运动学基础,分析了冗余自由度型机器人的性能特点,给出了判定机器人的性能指标,提出了机器人轨迹规划的一般性问题以及轨迹的生成方法。另外,本文以在2工位EFEM模块中的平面三自由度机器人为研究对象,对其第一运动轨迹进行了研究并做出了轨迹仿真。基于扩展雅可比法,提出了一种以灵活性能为指标的轨迹规划方法。通过对比知,在笛卡尔空间中描述的以腕点(第2个关节末端)轨迹为基础轨迹的规划方法得到的机器人运动灵活性要相对好。最后,本文还对硅片搬运机器人关键部件进行了结构优化有限元分析,对旋转组件和机身立柱组件提出了优化改进方案,通过SolidWorks Simulation软件进行有限元分析,得出机身立柱及旋转组件的改进方案均可行。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-21
  1.1 引言  11-12
  1.2 课题研究背景  12
  1.3 硅片搬运机器人国内外研究现状  12-18
    1.3.1 硅片自动传输系统概述  12-13
    1.3.2 硅片传输机器人的发展历史  13-14
    1.3.3 硅片传输机器人的研究现状  14-18
  1.4 发展半导体行业搬运机器人的必要性  18-19
  1.5 论文的主要内容  19-21
第2章 硅片搬运机器人的构型设计选型  21-33
  2.1 引言  21
  2.2 机器人机构构型的分类  21-23
  2.3 硅片搬运机器人的分类  23-28
    2.3.1 平面关节型(SCARA)机器人的特点  25-26
    2.3.2 径向直线伸缩(R-θ)型机器人的特点  26-27
    2.3.3 R-θ型机器人直线伸缩运动分析  27-28
  2.4 硅片搬运机器人选型的研究  28-32
    2.4.1 硅片搬运机器人设计原则  28-29
    2.4.2 EFEM模块简介  29-31
    2.4.3 基于EFEM模块的硅片搬运机器人构型的选定  31-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章 关节型机器人轨迹规划的研究  33-47
  3.1 机器人轨迹规划的研究现状  33-34
  3.2 机器人运动学模型的建立  34-36
  3.3 冗余度机器人  36-38
    3.3.1 冗余自由度机器人运动学的基本问题  36-38
    3.3.2 基于分解运动速度的逆解求法  38
  3.4 冗余自由度运动学优化性能指标  38-41
    3.4.1 机器人避障指标  39-40
    3.4.2 机器人运动灵活性指标  40-41
    3.4.3 机器人关节位移极限  41
  3.5 机器人轨迹规划  41-46
    3.5.1 轨迹规划的一般性问题  42-44
    3.5.2 机器人轨迹插值计算  44-45
    3.5.3 关节轨迹的插值算法  45-46
  3.6 本章小结  46-47
第4章 机器人的轨迹规划及仿真  47-59
  4.1 运动学方程的建立  48-49
  4.2 一种基于机器人灵活性逆解求法  49-53
    4.2.1 性能指标的选择  49-50
    4.2.2 运动学方程逆解求法  50-51
    4.2.3 运动轨迹描述的选取  51-53
  4.3 第一运动轨迹的数值仿真  53-56
  4.4 基于机器人灵活性的验证分析  56-58
  4.5 本章小结  58-59
第5章 硅片搬运机器人关键部件结构优化有限元分析  59-69
  5.1 硅片搬运机器人关键部件结构简介  59-62
    5.1.1 机身立柱组件的结构优化改进  60
    5.1.2 旋转组件的结构优化改进  60-62
  5.2 SolidWorks Simulation有限元分析流程  62-64
    5.2.1 Simulation有限元求解问题的基本思路  62
    5.2.2 Simulation的分析步骤  62-64
  5.3 优化改进方案的可行性分析  64-68
  5.4 本章小结  68-69
第6章 结论与建议  69-71
  6.1 结论  69
  6.2 建议  69-71
参考文献  71-75
致谢  75-77
附录  77-79

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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