集成电路(IC)装备制造业是高技术装备产业的典型代表,硅片传输机器人是IC制造装备中负责硅片传输和定位的关键设备之一,其工作性能直接影响硅片的生产效率和制造质量。针对硅片传输机器人高精度、高洁净和高可靠性的要求,研究硅片传输机器人手臂的动力学特性,进行动力学仿真和实验,并进行手臂结构优化,从而提高其工作性能,对硅片传输机器人的深入研究具有重要意义。本文首先介绍了国内外硅片传输机器人的发展概况和研究现状,概述了机器人手臂的运动学、动力学及机器人手臂结构优化设计的相关知识,提出了硅片传输机器人手臂动力学特性分析和结构优化的研究内容。其次,根据机器人运动学的基本理论,推导了机器人径向直线伸缩运动的运动学方程,依据机器人动力学的基本理论,推导了机器人径向直线伸缩运动的拉格朗日运动方程式,为后续的研究奠定理论基础。然后,建立了硅片传输机器人的虚拟样机仿真模型,利用ADAMS软件对机器人径向直线伸缩运动进行了运动学和动力学仿真,得到了机器人大臂、小臂和末端执行器的速度、加速度、角速度曲线等一系列重要仿真结果,验证了机器人的运动学和动力学理论分析。随后,根据模态分析的相关理论,应用ANSYS软件对机器人手臂进行了有限元模态分析,并搭建动力学实验平台对机器人手臂结构进行了试验模态分析,最后应用MATLAB软件依据导纳圆模态辨识方法对实验数据进行了分析处理,并对比了实验与仿真结果,结果表明机器人手臂的动力学特性仍需提高,结构需改进优化。最后,根据硅片传输机器人手臂的动力学分析、仿真结果和实验结果,对机器人末端执行器进行了结构优化设计,依据优化结果设计了符合强度和刚度要求的末端执行器,并验证了优化的正确性。