fpd玻璃基板搬运机器人.doc

FPD 玻璃基板搬运机器人摘要:作者以我国公开发表的有关玻璃基板搬运机器人的论文为基础, 以搬运机器人技术为主题, 从它的原理、构造、应用、使用、优越性等几个方面,对我国 1988-2010 年玻璃基板搬运机器人的技术情况做了综合性的分析和总结,并且在此基础上对玻璃基板搬运机器人进行了设计。关键词: 玻璃基板搬运机器人; 模块; 转矩匹配; 转动惯量匹配平板显示(Flat Panel display , FPD) 是继集成电路( IC) 之后发展起来的又一大型产业,它与 IC 一起成为电子信息产业的核心与基础。目前, FPD 产业的世界销售额已达到 1000 亿美元,并仍将以 15% 的年增长率快速发展, 所以 FPD 有望成为世界上最具发展潜力的产业之一。玻璃基板是 FPD 产业的关键基础材料之一, 其对于 FPD 的重要性不亚于硅晶圆在半导体产业中的地位。在 FPD 产品生产过程中, 玻璃基板不仅要承受强酸强碱和高温的制程环境,还要具备较精密的表面平整度与平面起伏度。同时, FPD 产业的制造过程要求高度自动化、无人化。因此, 搬运机器人被引入到 FPD 产业中, 代替人工搬运, 实现玻璃基板的平稳搬运和精确定位。玻璃基板搬运机器人是一种应用于无尘或真空环境下的传输用工业机器人, 它主要应用在 FPD 产业中, 联结前后段制程, 并在各过程中实现玻璃基板的交换与传递。与传统工业机器人相比, 玻璃基板搬运机器人具有高刚度、高速度、高精度、高平稳性和高洁净度的特点。因此, 玻璃基板搬运机器人现已成为 FPD 产业关键设备之一。 1 玻璃基板搬运机器人 玻璃基板搬运机器人概述随着 FPD 产业的技术革新, 玻璃基板的生产尺寸按摩尔定律逐年增大, 至今玻璃基板的尺寸已经历了 10 代的变化。按玻璃基板的尺寸大小,我们可将其大致分为小型(1代-5代)、中型(6代-9代) 和大型( 10 代及以后)玻璃基板三大类别,因此玻璃基板搬运机器人也相应分为小型、中型和大型玻璃基板搬运机器人。上世纪 90 年代以前, 玻璃基板基本上处于 1、2代, 其尺寸小、质量轻, FPD 产业的制造工艺相对简单,因此玻璃基板在 FPD 各制程间的传输大都以人工搬运方式或一些简单设备来完成。这种传输方式不仅严重制约了 FPD 产业生产效率的提高,还对玻璃基板造成很大程度的污染。上世纪 90 年代末, 玻璃基板的尺寸和质量开始增大, FPD 产业的生产效率逐渐提高, 人工搬运方式不再适应 FPD 产业的发展需求。在这种情况下,国外一些自动化设备生产厂家开始研发适用于玻璃基板搬运的机器人, 因此, 出现了小型玻璃基板搬运机器人。这种机器人负载承受能力低, 但其大大提高了玻璃基板的传输效率, 减少了传输过程中对玻璃基板的污染。 21 世纪初, FPD 产业迅猛发展, 玻璃基板尺寸再度扩大, 同时厚度逐渐减小。为满足玻璃基板的高平稳性、高速度和高洁净度的传输需求, 国外又先后推出了各种类型的中型玻璃基板搬运机器人, 并研究了适合玻璃基板搬运机器人的关键技术和关键部件,申请了一些有关玻璃基板搬运机器人结构设计方面的专利。近年来, 玻璃基板出现了两个明显的发展趋势: 玻璃基板尺寸的大型化和中型玻璃基板生产效率的提高。因此, 国外科研单位在努力提高中型玻璃基板搬运机器人各种性能指标的同时, 积极开展对大型玻璃基板搬运机器人的研究。目前已成功研发一些大型玻璃基板搬运机器人产品和关键技术。国内 FPD 产业起步较晚,其自动化传输技术与国外还有很大的差距, 对面向 FPD 产业的玻璃基板搬运机器人的研究还停留在对国外成熟产品的仿造上, 这些都严都重制约着我国 FPD 产业的发展。因此, 研究玻璃基板搬运机器人的关键技术和部件对提高我国 FPD 产品市场竟争力有很重要的现实意义。 玻璃基板搬运机器人的典型结构玻璃基板搬运机器人的主要功能是联结 FPD 产业前后段制程, 实现玻璃基板在不同工位间的高平稳性、高速度和高洁净度传输。它应该具备能够承受较高负载, 传输速度与 FPD 产业前后段制程同步, 抓取装置不损伤、不污染玻璃基板以及传输过程中不产生冲击和震动的能力。因此, 玻璃基板搬运机器人要求具有结构刚性好、运动速度高、占地面积小、操作空间大等特点。目前, 在 FPD 产业中广泛应用的玻璃基板搬运机器人从构型上大致可分为圆柱坐标型机器人、多关节型机器人和直角坐标型机器人。圆柱坐标型玻璃基板搬运机器人又称极坐标型玻璃基板搬运机器人, 该类机器人具有 3 个自由度,即垂直升降、圆周回转和水平伸缩。该类型机器人运动机理简单、轨迹规划和运动控制均相对容易,但其负载承受能力和空间利用率相对较低。多关节型玻璃基板搬运机器人又可分为垂直多关节型和平面多关节型玻璃基板搬运机器人。