基于CFD的衛(wèi)生護理機器人浴艙結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、隨著我國進入老齡化社會，老年人的日常衛(wèi)生護理問題越發(fā)突出，尤其是作為最重要日常護理之一的洗澡。研制個人衛(wèi)生護理機器人，可減輕護理人員的勞動強度，提高老年人的生存質(zhì)量，越發(fā)顯得重要。
　　基于流場數(shù)值模擬的浴艙結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是個人衛(wèi)生護理機器人研究的重要內(nèi)容。本文在對個人衛(wèi)生護理機器人整體結(jié)構(gòu)和功能進行充分分析的基礎(chǔ)上，進行了浴艙的三維 CAD設(shè)計，根據(jù)浴艙的結(jié)構(gòu)及進出水流與人體表面相互作用形式的不同，確定了浴艙洗浴的四種水循環(huán)模式，

2、在對浴艙及人體計算模型進行合理的簡化后，建立了四種循環(huán)模式下有限空間內(nèi)的人-浴艙的 CFD計算模型，通過對三維流場進行數(shù)值模擬計算，得到了各種水流循環(huán)模式作用下人體近表面的速度分布圖、進水口的跡線圖及人體近表面不同速度對應(yīng)面積的比例分布圖，在時間和空間上定量給出了浴艙內(nèi)人體周圍流場變化的數(shù)值解，確定了浴艙的最佳洗浴模式。結(jié)合 CFD仿真結(jié)果和優(yōu)化設(shè)計理論，以多學(xué)科優(yōu)化軟件 iSIGHT為平臺，建立了基于計算流體力學(xué)的浴艙-人體 DOE（

3、正交實驗設(shè)計）優(yōu)化模型，對浴艙進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算，對優(yōu)化后的浴艙結(jié)構(gòu)進行流體計算分析，得到的優(yōu)化結(jié)果與優(yōu)化前進行對比分析。結(jié)果表明，優(yōu)化設(shè)計在滿足人體舒適度的同時，提高了浴艙洗浴效果，進出水口布局也更加合理，對浴艙總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和洗浴模式研究提供理論依據(jù)。
　　根據(jù)浴艙-人體有限空間的流場仿真和優(yōu)化結(jié)果，進行了浴艙總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括：浴艙、護理座椅、進艙輔助機構(gòu)、自動洗頭機構(gòu)的設(shè)計和外觀造型設(shè)計，研制出了適合老年人使用的個人衛(wèi)生護理