硅片传输定位机器人的设计

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1、硅片传输定位机器人的设计1张士军，金洙吉，康仁科，丛明（大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁大连116024）摘要：本文针对大直径硅片的高速自动化生产对硅片的高效、高精度、高可靠性传输要求，确定基于3自由度的R-θ型硅片传输定位机器人方案，设计了大直径硅片传输定位机器人系统。在设计过程中，通过采用基于丝杠花键轴的升降旋转机构、采用周转轮系传递臂体的伸缩动力等措施，解决了现有同类传输机器人系统中存在的刚性低、结构复杂等问题。此外，本文通过运动学分析证明了径向伸缩部件的直线运动轨迹；利用拉

2、格朗日的分析力学的方法对该部件的模型进行了动力学分析，得出动力矩方程。调试结果表明，该机器人的径向伸缩运动的直线精度达到了使用要求。关键词:硅片传输机器人；机构；运动学分析；动力学分析中图分类号：TTP224文献标识码：ATheDesignofWaferRobotZHANGShijun，JINZhuji，KANGRenke，CONGMing(KeyLaboratoryPrecision&SpecialMachingofMinistryofEducation,116024)Abstract:Tosa

3、tisfythehighefficiency,highprecisionandhighreliabilityrequirementoftransferingandpositioningthelarge-diametersiliconslicesinhighspeedwafermanufacturing,theR-θtypewaferrobotbasedon3DOFisadopted,andthewaferrobotisdesigned.Inthedesign,therollingballscrew

4、&theballsplinepairareusedasactuatingmechanismintheup-downrotarycomponent.Theepicyclicgeartrainisadoptedtodrivethearmtomovealongline.Thenewdesignimprovestherigidityofstructureofthesystemandsimplifythemechanism.Furthermore,thekinematicofthelinearmechani

5、smofradialstretchcomponentisanalyzedtoproveitsmovingtrackwhichmovesalongline.ThemodelofthecomponetisanalyzedwithLargrangemethodtoachievetheequationofdrivetorque.Thetestingshowsthatthelineaccuracyofradiallinearstretchcomponentsatisfytheparcticalrequire

6、ment.Keywords:Waferrobot；Mechanism；Kinematicsanalysis；Dynamicanalysis1引言硅片传输定位机器人是硅片加工设备的重要组成部分，其功能是实现硅片在不同工位之间快速、高效、可靠的转移，它直接体现出整机的自动化程度，可靠性。随着硅片生产的产量和尺寸的不断增加，要求硅片生产向着高速，连续化生产方式发展，人工装夹的方式根本无法达到这一要求，必须由高速度，高精度的硅片传输定位机器人来实现。由于是在有限的空间中实现硅片工位的快速转换，因此对硅片传

7、输定位机器人的运动特性，反应灵敏性，动作准确性，以及工作稳定可靠性等方面，都必须有较高的要求。硅片传输定位机器人从20世纪80年代初诞生起，至今已经有20多年的历史了。由于国外的IC产业起步早，规模大，基础好，形成了较大的市场，这种需求结合先进的的机器人技术，使得硅片传输定位机器人的技术不断进步和成熟。目前国内尚无产品化的硅片传输定位机器人，因此研制有自主知识产权的硅片传输定位机器人具有积极的意义。2硅片传输定位机器人方案2.1方案的确定典型的硅片传输机器人有两种类型，即R-θ型（径向直线运动）和

8、SCARA型。前者是利用了1作者简介：张士军（1973-），男，硕士研究生；金洙吉（1967-），男，副教授，硕士生导师.带传动（同步齿形带或钢带）实现了硅片夹持机构的径向直线运动，拥有3个自由度，分别为R（径向）直线运动，θ（旋转）动作，Z（升降）运动。后者是利用每个关节处的直接驱动电机来控制硅片夹持机构的运动轨迹，它采用直接驱动电机中的编码器作为角度反馈装置，可以实现高精度的控制，它拥有4个自由度，分别为末端执行器回转、小臂回转、大臂回转、升降运动。本课题是结合国家863项目“