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基于晶圆与基板传输机器人的避障轨迹规划和位置预校正

基于晶圆与基板传输机器人的避障轨迹规划和位置预校正

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作者：叶文涛广东工业大学

学位级别：硕士

集成电路(IC)产业是现代科技的象征,衡量一个国家经济发展、政治和国防实力的重要标志之一就是集成电路产业的技术水平和产业规模。传输机器人集成设备是集成电路产业加工工序中极为重要的设备之一,其核心就是机器人和配套的位置预校正... 详细信息

集成电路(IC)产业是现代科技的象征,衡量一个国家经济发展、政治和国防实力的重要标志之一就是集成电路产业的技术水平和产业规模。传输机器人集成设备是集成电路产业加工工序中极为重要的设备之一,其核心就是机器人和配套的位置预校正系统。传输机器人主要完成晶圆或陶瓷基板这些料片在多个工序之间快速、准确、平稳,可靠的传输和定位工作。位置预校正系统与传输机器人配合使用,来校正料片的位置偏差,提高传输的定位精度。传输机器人集成设备的性能优劣与否,直接影响整个产业加工工艺的可靠程度和自动化水平,对IC产业的发展具有重要的意义。本文针对晶圆及基板传输机器人的高精度、高效率、高平稳性和避障的要求,对机器人的轨迹规划和避障运动方式进行了深入的研究。针对应用于晶圆和陶瓷基板的位置预校正系统的结构以及校正算法进行了设计和实验。在研究了国内外的相关文献后,本文分析了传输机器人的轨迹规划和位置预校正系统的研究现状,在第一章中确定了论文的总体研究方案,选择R-?型传输机器人作为研究对象,进行轨迹规划和避障的研究,并确定对晶圆和陶瓷基板分别进行位置预校正的研究。然后,本文针对传输机器人的运动进行分析,以机器人的三维结构模型为基础,建立了只能进行径向伸缩运动的末端手臂伸缩模型,并进行运动推导,构建了机器人的D-H坐标系,推导出机器人的正逆运动学方程和动力学方程。轨迹规划上,在关节空间内分别采用三次多项式插值和五次多项式插值,运用MATLAB软件对机器人进行轨迹规划的仿真,得出五次多项式插值具备运动平稳和冲击力较小的优势。随后,以设备外壳为障碍对象,分析了传输机器人在运动过程中的避障问题,提出了回原点避障和同时避障这两种避障方式。在约束条件下,以时间最优为目标,在MATLAB上针对四种典型的运动路径进行了仿真。结果表明,同时避障的运动耗时更短,可节约约20%的时间。根据研究对象不同,借助于实验室已有机器人的搬运功能,分别设计出适用于晶圆和陶瓷基板的位置预校正系统。前者采用线性几何算法,对晶圆的形心进行定位,依靠端点位置的锐变特性对晶圆缺口进行定位,根据激光透射式传感器的采集数据,控制电机进行运动,与机器人配合,实现对晶圆的位置偏差的校正和缺口旋转角度调整。后者则设计出一种校正结构,辅以机器人的搬运,对陶瓷基板在料盒中的位置偏差进行校正。最后借助外部倒装设备的相机,观察这两种料片上的标记物所在位置坐标。实验表明,经过校正后,前者的定位精度为16.31μm,后者的定位精度为32.52μm,分别实现了预校正的功能。

关键词：传输机器人避障轨迹时间最优位置预校正定位精度

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