晶圆传输机器人关键控制技术研究

论文摘要

集成电路(IC)是电子信息产业的核心,是推动国民经济和社会信息化发展的高新技术之一。IC制造装备技术是IC产业得以快速发展的重要基础技术。晶圆传输系统是IC装备中必不可少的组成部分,其中的晶圆传输机器人是晶圆传输系统的关键部件,主要承担着晶圆的精确定位与快速、平稳搬运任务。基于晶圆传输机器人的作业需求,结合国内外现有技术,本文主要在晶圆传输机器人运动学与动力学建模、快速平稳轨迹控制、误差标定技术方面对其进行了深入的研究。在数学建模方面,对晶圆传输机器人进行了运动学分析及动力学分析,建立了机器人运动学模型包括位置正解、位置逆解、速度及加速度模型,为误差分析及标定提供了理论基础,并分析了机器人运动空间及末端点分辨率;基于拉格朗日方程建立了机器人动力学模型,分析了机器人的各个关节所需的最大关节速度及关节力矩,并进行了刚体动力学仿真,为控制系统设计提供了理论依据。在快速平稳轨迹控制方面,搭建了晶圆传输机器人控制系统的硬件及软件系统;结合机器人硬件系统结构以及示教工作方式,完成了机器人路径自动生成的算法,并进行了仿真;结合自动生成的路径,完成了末端基于时间最优的快速平稳轨迹控制算法,对轨迹进行了仿真,并编写了相关程序。在误差分析及标定方面,分析了影响机器人末端定位精度的主要因素,确定了机器人的误差源,据此建立了机器人的误差模型;基于机器人的误差模型,分析了各个误差源对末端定位精度影响的灵敏度,提出机器人位置精度补偿方法;基于机器人的误差模型,结合机器人的特点,确定了机器人的标定方案及几何参数的辨识方法。本文搭建了实验系统,对机器人进行了轨迹振动测试实验和标定实验,对末端误差进行了补偿,并对机器人的性能进行了测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 晶圆传输机器人发展现状
• 1.2.2 晶圆传输机器人轨迹控制技术研究现状
• 1.2.3 误差分析与标定技术研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 晶圆传输机器人建模
• 2.1 晶圆传输机器人结构及性能要求
• 2.1.1 晶圆传输机器人结构
• 2.1.2 晶圆传输机器人的性能要求
• 2.2 晶圆传输机器人运动学分析
• 2.2.1 晶圆传输机器人运动学建模
• 2.2.2 晶圆传输机器人运动空间及分辨率分析
• 2.3 晶圆传输机器人动力学分析
• 2.3.1 晶圆传输机器人动力学模型
• 2.3.2 晶圆传输机器人刚体动力学数值仿真
• 2.4 本章小结
• 第3章 晶圆传输机器人快速平稳轨迹控制
• 3.1 晶圆传输机器人控制系统设计
• 3.1.1 晶圆传输机器人控制系统硬件实现
• 3.1.2 晶圆传输机器人控制系统软件实现
• 3.2 晶圆传输机器人快速平稳轨迹规划
• 3.2.1 晶圆传输机器人路径自动生成算法
• 3.2.2 特定路径下时间最优轨迹规划原理
• 3.2.3 晶圆传输机器人快速平稳轨迹规划
• 3.2.4 仿真实验
• 3.3 本章小结
• 第4章 晶圆传输机器人误差分析及标定
• 4.1 晶圆传输机器人误差分析
• 4.1.1 晶圆传输机器人误差模型建立
• 4.1.2 晶圆传输机器人误差灵敏度分析
• 4.2 晶圆传输机器人标定
• 4.2.1 机器人运动学标定原理
• 4.2.2 晶圆传输机器人标定仿真
• 4.3 本章小结
• 第5章 晶圆传输机器人实验研究与性能测试
• 5.1 晶圆传输机器人实验系统搭建
• 5.2 晶圆传输机器人快速平稳轨迹振动测试实验
• 5.3 晶圆传输机器人标定实验
• 5.3.1 末端位置测量方案及测量坐标系确定
• 5.3.2 标定前机器人末端的定位误差
• 5.3.3 分步标定及误差补偿
• 5.4 晶圆传输机器人动力学参数辨识实验
• 5.5 晶圆传输机器人性能测试
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢