考虑到服务对象是老年人和下肢行动障碍者，结合家庭室内空间限制，个人卫生护理机器人采用立式结构。以中国老年人体尺寸数据为依据，对个人卫生护理机器人的辅助站立系统、搓澡系统、洗头系统、水路及循环利用系统等主要组成部分进行三维模型的建立和运动学与动力学仿真。仿真结果表明设计满足要求。 搓澡系统采用递阶控制策略。控制系统上层为基于舒适度模型的参数优化系统，它根据洗浴者自身皮肤状况、实时测试的搓澡压力和搓澡过程中洗浴者的普遍舒适度反应，通过遗传算法对搓澡过程中的参数进行优化，输出搓澡的时间和速度指令；下层为搓澡系统速度位移控制系统，根据优化的搓澡速度和时间控制搓澡装置。搓澡系统速度控制器包括背部、腿部和臀部搓澡速度位移控制器。 搓澡舒适度是指人搓澡时是否舒适和干净的心理和生理总体感觉。分析由皮肤和搓头之间摩擦产生的皮肤法向和切向形变吸收的能量，进而可计算整个搓澡过程中人体吸收的总能量。分析与实验证明人体的反应量与吸收能量之间为对数关系，其取值范围为零到无穷大，搓澡过程中吸收的能量越大，反应量就越大，吸收的能量越小，反应量越小。在整个搓澡过程产生的能量与搓头运动的幅度关系不大而与速度、压力关系大。舒适度函数与人体反应量之间并非简单的单调关系，与正态分布函数具有相似的分布特性。以人体反应量为自变量，对正态分布函数进行简单调整，构造并简化出舒适度函数表达式。为拟合适应度函数表达式中的待定系数，利用模拟搓澡试验装置对不同受试者手臂前侧进行模拟搓澡实验。受试者根据自己的评价标准来确定此次实验条件下的主观舒适度，并采用“最大、最小”法进行归一化处理，进行非线性最小二乘法拟合，得到舒适度模型的待定系数。 根据实测搓澡压力，选择舒适度函数为优化目标函数，在给定的约束条件下，采用伪并行遗传算法优化最佳的搓澡时间和搓澡速度。搓澡装置的运动速度控制采用经典控制理论设计。控制器以基于舒适度模型而优化的搓澡参数作为指令。 个人卫生服务机器人可实现坐姿与立姿的自动转换（辅助人体站起），该转换是通过两轴伺服控制的辅助站立系统完成的。为使辅助站立过程符合人体的生理结构和心理需求，对照正常人体站立过程，规划了后向辅助站立的人体重心轨迹，构建了可调座椅式机械结构、两轴伺服系统和站立减重系统；采用逐点比较插补技术，设计了机器人的插补运动控制器，根据向后站立重心轨迹曲线的拟合方程建立偏差函数，根据运动特点建立插补规则及偏差函数递推公式，根据重心运动轨迹及减重要求建立插补终点判据。试验中样机可辅助不同身高和体重的人体站立，辅助过程符合人性化要求。 采用PC机为上位机，运动控制器为下位机的主从控制硬件结构。PC机负责搓澡运动参数优化、辅助站立轨迹插补以及水、气控制。运动控制器负责将运动指令转换成脉冲量控制信号给各个分系统的伺服驱动器，驱动器最终驱动各个电机并带动机械本体协调运动，实现辅助洗浴。搓澡系统和辅助站立系统的运动控制采用闭环控制系统结构。其中，伺服驱动器、低惯量交流伺服电机及测速装置组成了一个闭环系统。辅助站立系统中称重传感器实时采集人体体重信号，搓澡压力采用在V形弹性支撑架上安装电阻应变式传感器，采用全桥电测法测量。采用SVPWM变频调速方式调节变频泵，控制管路压强，使安装在洗头罩中的多排环状喷头的出水流量、速度以及水柱形状不断变化，实现洗发。气路系统可喷出热风，以便洗浴后干身。 在操作系统上利用Visual C++ 6.0开发工具，采用模块化设计方法，开发护理机器人控制系统软件，主要包括：人机界面监控软件、基于舒适度模型的递阶控制软件、基于插补运动控制的辅助站立软件、洗头控制软件和其他辅助控制软件等。 综上，应用研究成果能够优化搓洗运动参数，根据人体自然站立经验，减重辅助站立，还能够自动洗发。洗浴效果满意度和节水、空间、劳动力等指标明显优于当前同类设备。