硅片传输机器人是IC制造过程中的关键设备之一，负责半导体硅片在各个工序之间的传输与定位，其工作性能直接影响硅片的生产效率和制造质量。硅片传输机器人手臂是机器人的核心，它的性能决定了机器人的位置精度。针对硅片传输任务高稳定性、高可靠性的要求，对硅片传输机器人手臂进行优化设计，对硅片传输机器人的深入研究具有重要意义。本文首先分析了国内外硅片传输机器人和结构拓扑优化设计的研究及发展现状，提出将结构拓扑优化方法应用于硅片传输机器人手臂的设计。基于拓扑优化的基本原理，对连续体结构拓扑优化设计方法及优化求解数值算法进行了研究，探讨了拓扑优化中的数值不稳定现象及其解决方法，研究了滤波法相关公式。其次，根据硅片传输机器人的构型与设计原则，建立了机器人手臂的模型，对硅片传输机器人的径向直线伸缩运动展开分析，提出了实现该运动的机构，并对机构进行了运动学分析。设计了硅片传输机器人的手臂结构，建立了手臂的有限元模型，对手臂进行了动态特性分析，得出了硅片传输机器人手臂低阶模态与振型。然后，针对硅片传输机器人手臂快速运动容易产生机构本体振动的问题，基于拓扑优化理论，提出了一种硅片传输机器人手臂结构拓扑优化方法。采用有限元方法建立硅片传输机器人手臂的模型，应用ANSYS软件对手臂结构进行了拓扑优化设计，使得臂体的结构总柔度值减小，即增加了结构的刚度。最后，根据拓扑优化云图建立了手臂的新型结构，并对新的手臂模型进行了动态特性分析，结果表明手臂的低阶固有频率得到了提高，改进了硅片传输机器人手臂的振动特性，证明了将结构拓扑优化方法应用于硅片传输机器人手臂设计中的有效性和正确性。