1、微電子制造是關(guān)系國家安全與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行業(yè)。目前，新一代的微電子制造裝備正面臨高加速、高速、高精密、大行程等諸多挑戰(zhàn)性要求。傳統(tǒng)的單級驅(qū)動運動平臺已經(jīng)不能繼續(xù)滿足上述要求。因微電子制造裝備所用的運動平臺需要進(jìn)行頻繁的高速啟停點位運動，現(xiàn)有的宏微復(fù)合直線運動平臺無法滿足微電子制造裝備要求。針對傳統(tǒng)的宏微復(fù)合運動平臺存在的問題，本文提出了一種基于并聯(lián)驅(qū)動的新型宏微復(fù)合直線運動平臺，并對該運動平臺涉及的運動規(guī)劃、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)

2、行了研究。新型宏微復(fù)合直線平臺采用了并聯(lián)驅(qū)動布局，其宏/微驅(qū)動力均獨立作用在基座上，從而大幅簡化了平臺結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計，提高了運動平臺的綜合精度。
　　首先，本文基于對宏微復(fù)合運動平臺的柔性動力學(xué)響應(yīng)分析提出了一種定位誤差約束條件，并利用頻率采樣法建立了針對運動平臺固有頻率建模誤差不確定度的魯棒性約束條件，最后基于定位誤差與魯棒性約束條件構(gòu)建了一種考慮宏微復(fù)合運動平臺的柔性動力學(xué)特性影響的時間最優(yōu)運動規(guī)劃模型。利用上述優(yōu)化模型對

3、本文定義的一種可以實現(xiàn)高加速低減速的非對稱S曲線運動規(guī)劃進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化整定。實驗平臺測試結(jié)果表明優(yōu)化后的非對稱S曲線運動規(guī)劃較之傳統(tǒng)方法可以大幅縮短點位運動規(guī)劃滿足定位精度要求所需的定位時間。本文也同樣對微電子制造裝備常見的陣列操作定位時間與殘余振動之間的相互影響關(guān)系進(jìn)行了初步分析。
　　其次，本文基于預(yù)應(yīng)力梁理論獲得了宏微復(fù)合運動平臺中微運動導(dǎo)向結(jié)構(gòu)所用的一種剛度/頻率可調(diào)的直梁型柔性鉸鏈的等效剛度與固有頻率的近似解析解。利用連續(xù)

4、體預(yù)應(yīng)力梁的彎曲應(yīng)變能積分、拉伸應(yīng)變能積分、動能積分與其等效彈簧-集中質(zhì)量動力學(xué)系統(tǒng)的彈性勢能與動能之間的相等關(guān)系獲得了等效彎曲剛度、等效張力剛度與等效質(zhì)量;利用等效剛度與等效質(zhì)量信息可以構(gòu)建出固有頻率計算公式。有限元仿真與實驗測試結(jié)果均證實了剛度與固有頻率的近似解析解的有效性。最后，預(yù)應(yīng)力梁的等效剛度與固有頻率計算方法被用于推導(dǎo)一種帶圓角的兩端固支預(yù)應(yīng)力梁的等效剛度與固有頻率計算公式。
　　然后，針對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法在處理包

5、含頻率與剛度約束的微運動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中存在的問題，本文利用所獲得直梁型柔性鉸鏈的剛度與固有頻率的近似解析公式推導(dǎo)出導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的整體剛度與固有頻率計算公式。利用上述計算公式將傳統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計所用的大計算量拓?fù)渑c尺寸順序優(yōu)化設(shè)計轉(zhuǎn)換為一種小計算量的解析形式的包含導(dǎo)向機(jī)構(gòu)剛度與頻率約束條件的拓?fù)湫螤钆c結(jié)構(gòu)尺寸同步優(yōu)化設(shè)計。通過求解優(yōu)化模型的等式約束條件獲得連續(xù)尺寸變量與離散拓?fù)湫螤钭兞恐g的關(guān)系，后利用變量松弛法獲得了最優(yōu)離散拓?fù)湫螤钭?/p>

6、量與對應(yīng)的連續(xù)尺寸變量數(shù)值。有限元仿真結(jié)果表明優(yōu)化后的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)剛度與固有頻率的最大相對誤差僅為2.669％，滿足實際工程所需精度。
　　最后，本文基于柔性鉸鏈的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)拓?fù)渑c結(jié)構(gòu)尺寸同步優(yōu)化設(shè)計方法設(shè)計了一種并聯(lián)驅(qū)動形式的共定子雙驅(qū)動宏微復(fù)合直線平臺。通過共用直線電機(jī)定子的宏/微驅(qū)動器并聯(lián)驅(qū)動布置方式，避免了微驅(qū)動器輸出飽和問題，簡化了宏微復(fù)合雙驅(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計。同時，將時間最優(yōu)非對稱運動規(guī)劃作為宏/微運動平臺的參考輸入指令，通過優(yōu)