硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法分析

摘 要：對硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化變量進行分析，明確主要的優(yōu)化參數(shù)，制定硅片傳輸機器人整體規(guī)劃方案。分析硅片傳輸機器人動態(tài)特性。提出硅片傳輸機器人末端手臂靜偏移約束，利用剛性桿規(guī)定優(yōu)化目標(biāo)，使關(guān)節(jié)系統(tǒng)更加的靈活。在優(yōu)化參數(shù)基礎(chǔ)上積極調(diào)整手臂結(jié)構(gòu)建立硅片傳輸機器人動力模型，通過調(diào)整頻率分析柔性關(guān)節(jié)對精準(zhǔn)度的影響。

關(guān)鍵詞：硅片傳輸機器人；手臂結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計

1 硅片傳輸機器人動態(tài)特性分析

手臂結(jié)構(gòu)參數(shù)在固定頻率基礎(chǔ)上將會優(yōu)化靈敏度，根據(jù)權(quán)值特點選擇末端手臂質(zhì)量作為優(yōu)化參數(shù)的重點。變量會隨著手臂厚度的調(diào)整約束結(jié)構(gòu)尺寸以及手臂撓度，手臂末端發(fā)生的靜偏移將會構(gòu)建基礎(chǔ)模型。手臂厚度在末端靜偏移發(fā)生的規(guī)律影響下使手臂尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，結(jié)構(gòu)經(jīng)過調(diào)整之后需要對硅片傳輸機器人性能進行對比。這種方式能夠降低硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)固定頻率的發(fā)生，使末端手臂發(fā)生的靜偏移會得到控制，同時將會保證參數(shù)進行調(diào)整提升系統(tǒng)運行的振動頻率。硅片傳輸機器人柔性系統(tǒng)主要是通過多階固定頻率實現(xiàn)的模態(tài)化，但是這種模態(tài)化在固有頻率下將會發(fā)生軌跡移動，并且影響到末端手臂運行的精確度。手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化重點放置在對末端手臂的精確度調(diào)整上，同時根據(jù)固定頻率階數(shù)積極的構(gòu)建模態(tài)。固定頻率是系統(tǒng)固有的屬性，對于硅片傳輸機器人手臂運行的情況進行模態(tài)分析。主要表現(xiàn)為

M（q）+q+kq=0

根據(jù)對上述關(guān)系的分析，柔性系統(tǒng)在固有頻率中對于模態(tài)振型可以通過模態(tài)振型矢量獲取。根據(jù)上述等式變化硅片傳輸機器人手臂柔性關(guān)節(jié)系統(tǒng)質(zhì)量將會發(fā)生變矩陣，在固定頻率系統(tǒng)中末端手臂發(fā)生的位置移動主要表現(xiàn)為動態(tài)特性。

硅片傳輸機器人固定頻率會隨著末端手段端點位置發(fā)生的變化而變化。根據(jù)末端位置遠點距離會模擬出相應(yīng)的變化。動態(tài)系統(tǒng)在模態(tài)化關(guān)節(jié)發(fā)生的振幅比例中硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)會在末端運動軌跡的變化中發(fā)生直線運動，振動狀態(tài)也會在末端軌跡中造成一定的影響。在進行硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的時候要能夠充分的考慮振動狀態(tài)下的固定頻率發(fā)生的改變。這對于確定手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化變量能夠發(fā)揮重要的作用，同時使結(jié)構(gòu)靈敏度得到控制，參數(shù)頻率更加的固定。

2 手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化變量

2.1 優(yōu)化參數(shù)

手臂結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化情況需要保證一定的靈敏度，手臂結(jié)構(gòu)參數(shù)在固定頻率基礎(chǔ)上將會優(yōu)化靈敏度，根據(jù)權(quán)值特點選擇末端手臂質(zhì)量作為優(yōu)化參數(shù)的重點。變量會隨著手臂厚度的調(diào)整約束結(jié)構(gòu)尺寸以及手臂撓度，手臂末端發(fā)生的靜偏移將會構(gòu)建基礎(chǔ)模型。手臂厚度在末端靜偏移發(fā)生的規(guī)律影響下使手臂尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，結(jié)構(gòu)經(jīng)過調(diào)整之后需要對硅片傳輸機器人性能進行對比。

2.2 手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

對于手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)該確定大臂、小臂以及末端手臂質(zhì)量，這是獲取優(yōu)化參數(shù)的重點。在固定頻率上能夠根據(jù)質(zhì)量變化的不同積極的調(diào)整參數(shù)變化特點，降低小臂剛度質(zhì)量將會直接的導(dǎo)致手臂豎直剛度的下降。懸臂結(jié)構(gòu)會在靜態(tài)變形中出現(xiàn)振動變化。

末端手臂的設(shè)計要根據(jù)承受的等效力變化進行負載參數(shù)的調(diào)整，將末端受負載參數(shù)設(shè)置為常數(shù)，并且利用荷載尺寸對參數(shù)數(shù)值進行約束。末端手臂會隨著壁厚增加變形越來越明顯，當(dāng)壁厚增加到2mm左右的時候，這種末端變形影響較小，甚至可以忽略。但是當(dāng)厚壁在1mm左右的時候，末端手臂變形較為緩慢。如圖1。

小臂受力約束參數(shù)數(shù)值也會隨著壁厚增加而增加，并且在2mm左右的時候變形不明顯，這時候?qū)τ谀┒耸直鄣挠绊戄^小。但是當(dāng)厚度在1mm以上的時候，變形較為緩慢。如圖2。

3 硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)整體方案

手臂結(jié)構(gòu)是硅片傳輸機器人核心部件，直接影響著定位精準(zhǔn)度以及生產(chǎn)制造質(zhì)量。手臂的傳輸情況需要末端執(zhí)行器沿著設(shè)置好的軌道進行伸縮運動，直線方向運動需要保證連桿系統(tǒng)精確直線引導(dǎo)。手臂結(jié)構(gòu)剛性越強，負載能力也就越大。針對這種情況需要齒輪的咬合力相對較大，能夠保證手臂直線進行運動。實現(xiàn)齒輪能夠同步精確的運轉(zhuǎn)。硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要在一定的空間中進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，并且要能夠在優(yōu)化的過程中固定不變，相應(yīng)性的增加運轉(zhuǎn)重量，控制手臂剛性。手臂結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)了硅片傳輸機器人的主要性能，大臂、小臂以及末端執(zhí)行器等都是硅片傳輸機器人的主要部件，能夠?qū)崿F(xiàn)直線伸縮運動，以及在不同的模塊中自由進行傳輸硅片運行。

硅片傳輸機器人手臂是一種懸臂梁結(jié)構(gòu)，在運動過程中會經(jīng)常發(fā)生軌跡的改變。并且在突發(fā)的加速或者減速中都會產(chǎn)生相應(yīng)的震蕩，因此要充分的考慮最小運動慣量，根據(jù)運行的實際狀況提升平穩(wěn)性。按照動力學(xué)要求，在滿足手臂強度剛度條件下降低運動量，特別要注意運轉(zhuǎn)軸質(zhì)心的配置。選材上，可以在硅片傳輸機器人手臂上涂抹一層致密保護膜，這樣能夠更好的起到防腐蝕作用，并且不易發(fā)生氧化。手臂尺寸要按照運動空間的要求進行設(shè)計，選擇最優(yōu)最小的手臂尺寸，保證手臂剛度的同時降低運動慣量。手臂在外界壓力作用下不能夠發(fā)生變形，在位移情況下剛度會隨著變形的增加使剛度發(fā)生明顯的變化，合理的進行手臂力矩的調(diào)整降低手臂彎曲變形效果。

4 結(jié)束語

硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計需要根據(jù)各手臂靜撓度進行確定，并且有手臂彎曲末端出現(xiàn)的豎直情況進行靜偏移約束，在剛性桿轉(zhuǎn)動下關(guān)節(jié)系統(tǒng)會隨著固定頻率發(fā)生柔性變化，這樣就能夠獲取到優(yōu)化設(shè)計的變化參數(shù)。根據(jù)硅片傳輸機器人結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整頻率靈敏度，設(shè)置優(yōu)化變量，明確硅片傳輸機器人優(yōu)化不適應(yīng)情況，提出固定的設(shè)計參數(shù)，在頻率權(quán)值的保障下調(diào)整依據(jù)準(zhǔn)則，小臂與末端臂參數(shù)質(zhì)量直接的反映硅片傳輸機器人的變量。手臂厚度變量對結(jié)構(gòu)尺寸產(chǎn)生約束，根據(jù)末端發(fā)生的靜偏移豎直方向?qū)l(fā)生變化，側(cè)壁厚度影響相對較小。末端靜偏移會隨著厚度的變化逐漸的減小，但是當(dāng)厚度增加到一定程度的時候，就不會出現(xiàn)末端靜偏移。

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