基于SolidWorks的硅片机械手的分析开题报告最终版1.doc

西安工业大学北方信息工程学院 毕业设计(论文)开题报告 题目：基于SolidWorks的硅片机械手的分析 系 别 光电信息系 专 业 测控技术与仪器 班 级 B110102班 姓 名 黑辉霞 学 号 导 师 陈丁 2014年 12月11日 1.研究目的与研究意义 随着半导体技术的飞速发展，其制造装备也处于不断的变革之中，因此，作为半导体制造核心装备—硅片传输机械手不断朝着针对大尺寸硅片方向发展。在光伏电池板制造过程中，需要在硅片上进行光刻、离子注入、刻蚀等工艺。 这些复杂半导体制造工艺对硅片表面清洁度有着极为苛刻的要求，若采用人工操作流水传递，不但效率低，而且在操作过程中硅片表面极易受到外部环境污染，造成光伏电池板成品率不高，瑕疵产品较多的问题。因此，采用一种专用硅片传输机械手代替人工操作，实现硅片工艺流程自动化是提高光伏电池板成品率和保证产品质量的关键[1]。 而在科研院所则普通采用小尺寸硅片Φ50mm进行半导体实验，小尺寸硅片传输机械手的缺乏，迫使科研人员不得不采用手工进行实验操作，直接导致了硅片在传输过程中受到了二次污染，造成实验成品率不高的后果。为了此问题，我此次研究的课题，是专门面向实验室而研制的硅片传输机械手的手部[2]。 国内外研究情况 机械手的发展趋势，重复高精度，模块化，节能化，机电一体化。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能，目前已经取得一定成绩[3][4]。 随着科学与技术的发展，机械手的应用领域也不断扩大。目前，机械手不仅应用于传统制造业，如采矿、冶金、石油、化学、船舶等领域，同时也已开始扩大到核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域以及家庭清洁、医疗康复等服务业领域中[5]。 我这次所研究的课题是气动机械手，它在国内外的发展现状与应用内容提要： 传统的机器人关节多由电机或液（气）压缸等来驱动。以这种方式来驱动关节，位置精度可以达到很高，但其刚度往往很大，实现关节的柔顺运动较困难。而柔顺性差的机器人在和人接触的场合使用时，容易造企业管理本身和环境的伤害。因此，在许多服务机器人或康复机器人研究中，确保机器人的关节具有一定的柔顺性提高到了一个很重要的地位[6]。 3.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 简要介绍硅片制造过程中工艺流程，确定硅片传输机械手所要实现的功能，以及合理选取执行机构驱动方式。采用SolidWorks三维机械CAD软件完成机械手手部各个零件分析及装配，实现硅片机械手的3D效果显示。 最后，完成对硅片传输机械手性能的分析（如公差分配、力学分析、驱动力分析等）。 3.1机械手机构驱动方式的选择 机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。液压驱动方式是以油液的压力来驱动执行机构运动；气压驱动方式?是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动；电力驱动方式即由特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动；机械驱动方式是由机械传动机构（如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等）驱动[7][8]。 由于半导体实验室为超净环境，应避免操作过程中带来二次污染。电机传动会致传动件间摩擦产生微小的金属颗粒，并且电机传动的钢度太强，实现关节的柔顺运动较困难。液压传动一般则采用油状液体作为传输媒质，一旦发生液体泄露，对超净实验室将是严重破坏。气压驱动方式与以上驱动方式有以下优点：1.以工作环境中的空气为介质；2.空气粘度小、反应快，有过载保护功能，传输损失少；3.成本低、易维护，便于集中供气，远距离输送；4.环境适应能力强[9][10]。 3.2机械手材料的选择和处理 机械手手部机构的材料选择：铝制，采用铝合金，是为了减少自重，减轻负荷，对于抓取实验室里面很小的硅片，可以减少偏重力矩的影响造成的误差，铝合金的阳极氧化膜也有很好的耐腐蚀和耐磨损性[11][12]。 热处理和防腐处理：铝合金铸件热处理的目的是提高力学性能和耐腐蚀性能，稳定尺寸，改善切削加工和焊接等加工性能，消除晶体间和成分偏析，使组织均匀化。对机械手手部进行防腐处理是为了防止手部腐蚀而影响手部硅片的加持并防止二次污染[13]。 3.3机械手手部的零件装