光刻机多项式扫描运动轨迹规划算法

针对于步进扫描投影光刻机提出了一种多项式扫描运动轨迹规划算法。为实现工程中特定的应用场景,在三阶扫描轨迹算法的基础上设计出多项式扫描运动轨迹规划算法。多项式扫描运动轨迹速度曲线段采用贝塞尔曲线原理实现。根据给定的动力学约束,以保证最大加速度与最大速度不超限且多项式运动轨迹加、减速段与速度曲线段位移、速度衔接要求,建立多项式扫描运动轨迹规划的约束基准。依据该基准,推导出多项式扫描运动加、减速段轨迹拐点公式。由三阶步进运动辅助完成轨迹位移衔接。最后仿真实验证明了该算法的可行性与合理性。     

步进扫描光刻机扫描运动轨迹规划及误差控制

研究一种步进扫描投影光刻机工作台扫描运动超精密轨迹规划算法及误差控制策略。在分析三阶扫描运动与步进运动轨迹规划异同点的基础上,提出三阶扫描运动轨迹规划算法。针对扫描运动精确性与严格同步性要求,分析扫描运动轨迹规划误差补偿的几个关键问题。根据扫描运动轨迹算法离散实现存在的误差,结合内部整数积分策略,提出扫描运动轨迹规划加减速段与扫描速度稳定段运动距离的离散积分策略误差控制方法。此外,为克服切换时间圆整引起的扫描曝光匀速段位置误差,提出一种基于常速扫描运动段位置修正因子的误差补偿方法。以上方法共同实现光刻机工作台扫描运动轨迹规划精度控制。实例证明提出算法是有效和精确的。该算法成功应用于100nm步进扫描投影光刻机工作台的超精密运动控制系统中。     

光刻机工作台超精密运动与同步控制

以同步扫描的运动性能为目标,研究针对步进扫描投影光刻机工作台的超精密运动与同步控制策略.结合工作台的结构特点,提出一种粗、微复合运动控制方法,即:微动台纳米级微动,粗动台微米级跟随运动;以硅片台、掩模台的三阶轨迹规划与轨迹重叠为基础,进行扫描过程中的同步状态规划;为实现纳米级的同步运动精度,进行硅片台与掩模台的动态特性比较,在此基础上提出工作台交叉反馈的同步控制策略,使掩模台实时跟踪硅片台的运动趋势,并设计同步误差模型进行运动性能评估.该方法已在100nm步进扫描投影光刻机中得到实际应用,并取得良好效果.     

步进扫描光刻机硅片台连续扫描时间优化算法

为减少步进扫描光刻机连续曝光扫描运动的扫描过渡时间(扫描时间和步进时间),将硅片台扫描方向曝光扫描运动分解为逻辑步进运动和逻辑扫描运动,提出扫描和步进运动时间重叠的轨迹规划算法(时间重叠算法)处理连续曝光扫描运动。在不破坏运动约束条件下(恒速运动要求以及速度、加速度边界限制),根据时间重叠算法重新计算并推导不同扫描运动路径下连续扫描运动过程的步进和扫描运动转折点。经理论分析和硅片曝光场连续曝光实例计算表明：基于时间重叠算法的轨迹规划可获得时间优化的硅片台连续曝光扫描,比传统扫描方法减少曝光扫描运动过程中的无效率时间,提高步进扫描光刻机生产率,为步进扫描光刻机工程实践提供理论基础。     

光刻机工作台运动控制中的若干关键问题

100 nm步进扫描投影光刻机是我国攻关研究的主流机型,工作台是实现其超精密性能的核心子系统。光刻机工作台采用粗、微复合的运动结构,其同步最大运动平均误差(5 nm)和同步最大运动标准偏差(12 nm)等性能指标对运动控制系统提出严苛要求。分析硅片台与掩模台的结构特点,提出了运动控制系统中保证精度实现的组成单元,分别论述轨迹规划、测量系统、控制策略单元等的工作机理与实现特点;为进一步提高运动控制精度,分析工作台可能受到的扰动因素,提出相应的补偿控制策略,探讨运动控制中各环节的参数校准策略。综合论述步进扫描投影型光刻机工作台运动控制中的关键问题,并提出相应的实现与解决方法,可为实际光刻设备超高精度的实现提供指导。     

步进扫描投影光刻机同步机制研究

分析了步进扫描投影光刻机的同步运动过程,将各个分系统分为同步主系统和同步从系统,采用串行同步总线实现了同步主系统的状态发布;分析了分系统与自身数据采集系统的同步通信,采用高速串行传输链路实现了分系统与远程数据采集系统的数据采集与通信;搭建了同步实验平台,对步进扫描投影光刻机的同步机制进行了验证。实验证明该平台稳定可靠,满足系统同步性能要求和工程要求。     

基于多约束的机器人关节空间轨迹规划

当机器人进行快速运动且运动时间确定时,由于受到驱动机构性能等因素的制约,机器人进行运动轨迹规划时需要考虑角加速度约束、角速度约束和角度约束等多个约束条件。通过对运动约束进行分析,提出基于梯形速度曲线的多约束条件下机器人关节空间轨迹规划方法。根据无约束条件下规划出的最小加速度运动轨迹,在角加速度满足约束的情况下对其进行优化,获得满足角速度约束和角度约束的最小角加速度运动轨迹。对加速度达到最大时的轨迹也无法满足约束条件的情况进行讨论。该轨迹规划方法兼顾机器人的运动平稳性与约束要求,并且能够充分发挥机器人关节的驱动性能。仿真结果表明了该方法的可行性。     

超精密点对点运动三阶轨迹规划精度控制

研究一种优化的超精密点对点运动三阶轨迹规划算法及其精度控制策略.在简要分析三阶轨迹轮廓可能情形的基础上,建立三个约束基准用来预判别以上情形:速度-加速度基准、位移-加速度基准和位移-速度基准,依据该基准与系统约束,提出一种考虑轨迹全过程的预处理方法,并给出时间优化的轨迹规划算法.考虑算法离散实现时的精度损失,提出一种轨迹规划内部整数积分策略,避免因浮点积分操作所造成的数据漂移而引起的精度失败.此外,提出一种基于位置修正因子的补偿方法,克服切换时间圆整所引起的终点位置偏差.实例证明提出算法的有效性和可靠性.该算法已成功应用于半导体加工装备研发中.     

高精密运动平台的重复控制

为给步进扫描光刻机的设计研究提供理论指导,解决光刻机工作台宏动平台的控制问题,建立了步进扫描光刻机模拟减振试验平台宏动定位系统工作台伺服系统的数学模型,并根据该系统重复运动的特点,提出一种基于重复控制补偿的PID控制方式.运用MATLAB软件进行仿真试验,仿真结果表明与普通PID控制相比,基于重复控制补偿的PID控制器可以有效地减小跟踪误差,因而可以使系统有更好的控制效果.     

基于MPC的履带车步进行驶控制器设计

针对摊铺后处理履带车人工步进行驶易与摊铺路面发生碰撞,且难以摆正终点的车辆位置的问题,设计了一种基于MPC的履带车步进行驶控制器。该控制器基于四次多项式轨迹规划,规划步进轨迹,依据碰撞约束及终点平稳性设计目标函数;基于四次多项式规划结果,采用非线性MPC算法及线性MPC耦合PID算法进行轨迹跟踪仿真对比。仿真结果表明,控制器满足碰撞约束及轨迹平稳性要求,线性MPC算法实时性及轨迹跟踪效果更好,对提高路面摊铺后处理质量有重要意义。     

超精密点对点运动3阶轨迹规划算法研究

研究了一种优化的超精密点对点运动3阶轨迹规划算法及其精度补偿方法。首先阐述了超精密轨迹规划具有可实用性所必须具备的特征以及实现轨迹时间优化的基本要求。后以系统动力学限制为基础,考虑运动轨迹的全过程,提出了一种通过预处理以获得时间优化的3阶轨迹直接规划算法。提出了一种适当降低系统动力学限制的时间圆整方法,有效补偿了算法计算机离散实现时所带来的精度损失。实例证明了本文提出算法的有效性和可靠性。该算法也成功应用于纳米级精度的半导体加工装备的研发中。     

机械手时间最优轨迹规划方法研究

提出一种基于模糊遗传算法的机械手时间最优轨迹规划方案。该方案对简单遗传算法进行了改进，将模糊原理应用于遗传算法，形成了模糊遗传算法，对遗传算法中的交叉概率及变异概率进行模糊控制，提高了算法的收敛速度，有效地避免了初期收敛的发生，在进行时间最优轨迹规划时，综合考虑了机械手的运动学与动力学特性，采用罚函数方法来处理力矩约束。经仿真研究表明，该方法简单实用，适用于大范围空间的轨迹规划，克服了传统的非线性规划方法容易陷入局部极小的不足。     

精密转台S曲线轨迹规划及高精度控制

为提升精密转台的轨迹运动精度,本文从轨迹规划和运动控制两个方面对传统控制算法进行了改进。轨迹规划方面,推导了S曲线轨迹规划方程,并结合转台动力学约束条件给出了轨迹规划参数的取值方法,从而为运动控制算法提供了满足动力学要求的轨迹指令;运动控制方面,在传统双闭环反馈控制基础上增加了DOB扰动补偿和前馈补偿,以此改善转台的伺服性能,提升转台的运动精度。在详细说明了轨迹规划算法和运动控制算法的设计过程后,对两部分算法进行综合,给出了具体实现步骤,并以谐波转台和RV转台为实验对象进行了多组算法性能测试。实验结果表明:相比于传统控制方法,采用本文提出的方法能够使转台动态精度提升99.6%,稳态精度提升99.75%,从而证实了该算法对运动精度提升的有效性。     

机器人在焊接相贯线时的无碰撞轨迹规划

研究解决了基于工作空间焊接机器人无碰撞轨迹规划问题的有效途径几何图形法。该方法适合于机器人在以线段和圆弧为边界障碍物环境下运动的轨迹规划算法。借鉴二维空间的几何图形法解决了三维空间机器人无碰撞轨迹规划问题。     

冗余度机器人作业区域轨迹的自动规划

机器人化是提高工程机械施工控制自动化的关键问题。对于工程机械机器人 ,特别是具有空间冗余度的工程机械机器人 ,其执行机构末端的轨迹规划的自动实现研究对提高其自动化程度有着重要意义。本文以泵车为例 ,提出了一种泵车布料机构的浇筑过程的自动轨迹规划算法 ,该算法通过将其所浇筑区域离散成浇筑点集 ,对两浇筑点的轨迹利用冗余度机器人学的最小关节范数法 ,并通过在关节速度和加速度非连续之处采用平滑或连续处理 ,从而实现了泵车布料机构浇筑过程的自动轨迹规划。     

Trajectory planning of redundant manipulator using fuzzy clustering method

The solution of inverse kinematics and trajectory planning with performance criteria for a redundant manipulator is proposed with modification in fuzzy c-means. A new fuzzy clustering model based on a new generalized validity index based on weighted within-scatter metrics and between-cluster scatter metrics for the manipulator is proposed. In order to understand the proposed algorithm and to show its performance, two simulation studies of trajectory planning with manipulability criteria for a redundant manipulator are modeled to solve the problems of finding association rules in the data and of setting up an appropriate classification procedures. The problem of redundant manipulator (which is a multi-input, multi-output nonlinear system) is new in terms of solution by clustering method. The proposed algorithm for the trajectory planning of the manipulator is simulated using Matlab®. All practical steps, from data acquisition to model validation, are illustrated using a 4 degree of freedom robot manipulator. The simulated results are compared with the numerical methods of the trajectory planning. The results are presented graphically. The proposed method has the advantage of simplicity, flexibility, and good tracking performance.     

RV12L-6R机器人轨迹规划及其应用研究

机器人的轨迹规划可以在关节空间中进行,也可以在直角坐标空间中进行。分析了这两种轨迹规划的特点,给出了基于关节空间的轨迹规划算法和基于直角坐标空间的轨迹规划算法。针对ＩＶＥＣＯ横梁的焊接,进行了机器人的轨迹规划研究,并进行了计算机仿真,该研究成果已应用于ＩＶＥＣＯ横梁焊接工作站系统。     

风洞上攻角机器人轨迹规划算法研究与实现

为了提高机械臂跟踪目标轨迹的运动速度,对其目标轨迹进行二次规划。该轨迹规划算法通过引入路径参数s,将关节速度、力/力矩等约束转化为关于路径参数的约束,分别求取关节速度与力/力矩约束限制下路径参数s的最大速度曲线,对最大速度曲线求交集,获得多重约束最大速度曲线。采用模糊推理方法对目标轨迹进行离散化处理,减小优化规模;以0值加速度曲线乘以比例系数Kv替代关节力/力矩约束的最大速度曲线,提高算法的计算效率;通过速度特征点算法与修型射靶算法对规划得到的轨迹进行修形,确保修形后的目标轨迹满足关节速度、力/力矩的约束,并且速度曲线光滑。实验表明,该轨迹规划算法对不同复杂程度的目标轨迹都有着较好的规划性能,能够得到连续平滑的时间近似最优轨迹。     

机器人手臂笛卡尔空间轨迹计算机仿真规划

研究了基于机器人手臂关节笛卡尔空间的轨迹规划问题。通过在MATLAB软件环境下对该算法的计算机仿真测试试验,使规划的轨迹路径连续而平滑,从而保证机器人运动的平稳性,验证该算法在机器手臂轨迹规划过程中的可行性。重点讨论基于机器人手臂笛卡儿空间运动的轨迹规划和轨迹生成方法。