半导体加工行业中需要可以在真空环境下传输和定位硅片的专用机器人系统，真空机械手恰恰可以满足这种要求。真空机械手是一种在真空环境下工作的机器人，主要应用于半导体工业中，实现晶圆在真空腔中的传输，是集成电路制造装备产业中的关键设备之一。半导体这种特殊行业的应用需求对真空机械手的洁净度、控制精度、运动性能和可靠性等指标提出了极高的要求。对称双连杆直驱型的真空机械手由于其系统刚度大，运行更加平稳，在相同加速度下具有更高的传输效率等诸多的技术优势成为真空机械手系列中的重要类型。　　 随着世界半导体产业的发展，真空机械手的国际和国内市场也在迅速扩大。目前国外公司几乎垄断了真空机械手的全球市场。研发具有自主知识产权的真空机械手对于满足国内市场需求，提高我国高科技产品的竞争力有着重要意义。本课题以02国家科技重大专项《极大规模集成电路制造技术及成套工艺》为依托，（新松承担的任务课题为“IC装备机械手及硅片传输系统系列产品研发与产业化”）对对称双连杆直驱型真空机械手的运动学、动力学、轨迹规划和控制方法等进行了深入研究。　　 本论文根据对称双连杆结构直驱型真空机械手的特点，研究了影响其运动控制性能的关键问题，并分别从机械手动力学补偿和基于动力学的先进控制两个方面提出了提高直驱型真空机械手运动平稳性、可靠性和快速性的控制策略。主要贡献有:　　 (1)针对对称双连杆结构的真空机械手，研究了其等效串联结构形式的运动学，并着重分析了水平方向的运动学和静力学问题，详细阐述了机器人姿态矩阵群的性质。　　 (2)将非均匀B样条曲线(NURBS)应用到真空机械手的轨迹规划中。为解决对称双连杆结构真空机械手在运行过程中需要准确经过大量中间位姿的问题，在讨论了传统多项式轨迹规划方法和直线抛物线组合轨迹规划方法不足的基础上，将非均匀B样条曲线应用到了对称双连杆结构真空机械手轨迹规划上。仿真和实验结果证明，基于非均匀B样条曲线的轨迹规划可以很好的让机械手通过中间插补位姿，且随着中间插补位姿点的增多，更加突出了这种方法的优点，从理论上解决了对称双连杆型真空机械手路径规划中需要精确经过多个插补位姿的难题，为实现对称双连杆型真空机械手基于NURBS曲线轨迹规划提供了理论依据。　　 (3)提出了基于位姿分离的机器人动力学建模方法，主要提出了封闭型动力学化简计算的两个公式。在拉格朗日方程的基础上，讨论了基于位姿分离的动力学建模，给出了一般类型机器人动力学推导的通用公式，并完成了针对线速度雅克比和角速度雅克比二次型的两个化简公式的证明。位姿分离法可以减少拉格朗日法求解动力学的计算量，本论文应用位姿分离法进行对称双连杆机器人的动力学求解并得到简洁封闭形，通过将该动力学模型与用牛顿欧拉法计算的动力学模型进行对比仿真实验，验证了位姿分离法的有效性。　　 (4)针对对称双连杆直驱型真空机械手平稳运行的问题，在其动力学模型的基础上，讨论动力学前馈补偿控制和基于动力学模型的模型预测控制。并对真空机械手的前馈补偿控制和模型预测控制进行详细的分析和控制仿真和实验。结果表明，动力学补偿可以有效的抑制负载变化和由动力学变化引起的电机的波动;与计算力矩法相比，预测控制的算法可以有效的降低位置跟踪误差。