基于CFD的衛(wèi)生護(hù)理機(jī)器人浴艙結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著我國(guó)進(jìn)入老齡化社會(huì)，老年人的日常衛(wèi)生護(hù)理問(wèn)題越發(fā)突出，尤其是作為最重要日常護(hù)理之一的洗澡。研制個(gè)人衛(wèi)生護(hù)理機(jī)器人，可減輕護(hù)理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高老年人的生存質(zhì)量，越發(fā)顯得重要。
　　基于流場(chǎng)數(shù)值模擬的浴艙結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是個(gè)人衛(wèi)生護(hù)理機(jī)器人研究的重要內(nèi)容。本文在對(duì)個(gè)人衛(wèi)生護(hù)理機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了浴艙的三維 CAD設(shè)計(jì)，根據(jù)浴艙的結(jié)構(gòu)及進(jìn)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(duì)浴艙及人體計(jì)算模型進(jìn)行合理的簡(jiǎn)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(jì)算模型，通過(guò)對(duì)三維流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)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(jìn)水口的跡線圖及人體近表面不同速度對(duì)應(yīng)面積的比例分布圖，在時(shí)間和空間上定量給出了浴艙內(nèi)人體周圍流場(chǎng)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(jì)理論，以多學(xué)科優(yōu)化軟件 iSIGHT為平臺(tái)，建立了基于計(jì)算流體力學(xué)的浴艙-人體 DOE（

3、正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）優(yōu)化模型，對(duì)浴艙進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算，對(duì)優(yōu)化后的浴艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行流體計(jì)算分析，得到的優(yōu)化結(jié)果與優(yōu)化前進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)在滿足人體舒適度的同時(shí)，提高了浴艙洗浴效果，進(jìn)出水口布局也更加合理，對(duì)浴艙總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(chǎng)仿真和優(yōu)化結(jié)果，進(jìn)行了浴艙總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括：浴艙、護(hù)理座椅、進(jìn)艙輔助機(jī)構(gòu)、自動(dòng)洗頭機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和外觀造型設(shè)計(jì)，研制出了適合老年人使用的個(gè)人衛(wèi)生護(hù)理