随着我国经济的蓬勃发展,人们逐渐开始追求更高质量的生活,城市中的人工景观逐渐增多,人工湖等小型水域的维护和修复工程不断涌现。景观小型水域由于各种原因往往漂浮着一些水面垃圾,目前,小型水域的水面漂浮垃圾的清理工作主要依靠传统工具进行清理,如手持式网兜等,但都存在清理困难、效率低下、工作人员人身安全难以保证等问题。目前市场上的水面垃圾清理装置,如垃圾打捞船或水面清扫船,往往适用于大型水域,其装置结构过于庞大且建造和使用成本高昂,不适宜小型水域的垃圾清理。在此背景下,本文研究并设计了一款智能型小型水域水面垃圾清理机器人。本文主要研究工作如下:（1）首先进行了系统整体方案的设计,使用Solidworks设计了机器人的三维机械结构,并根据水面垃圾收集特点,设计了机器人自动航行方案;然后建立了机器人的数学模型,通过研究小型水域水面垃圾清理机器人的性能及特点,根据MMG分离建模思想建立了三个自由度下的机器人运动学模型和动力学模型,并对机器人在小型水域环境中航行的水面状况及环境干扰力进行分析,建立了机器人在风浪流干扰下的三自由度运动数学模型。（2）将计算机视觉技术应用于机器人水面垃圾目标识别上,综合各种识别算法对水面目标的识别实验结果进行分析,提出采用NCC识别算法,并用差分求和定理对经典的NCC算法进行改进,以减少模型计算量,提高水面垃圾识别的准确率和效率,高效实时地识别水面垃圾。（3）为验证上述提出的小型水域垃圾清理机器人的性能,本文设计了基于探索者STM32F407的机器人控制系统,采用KeilμVision5作为软件开发工具,根据机器人的三维机械结构及硬件的选型,制作了机器人实体样机,并在人工湖对机器人进行了实验测试。测试结果表明:本文设计的水面垃圾清理机器人能够在人工湖上平稳运行,机器人的供电模块能够保障机器人正常工作时的用电需求。当水面有垃圾时,机器人能够根据本文改进的目标识别算法自动识别水面垃圾,还可以根据多传感器协同感知获取的环境信息自动靠近并航行至水面垃圾处进行垃圾收集。本文所设计的机器人为水面漂浮垃圾的收集提供了便利,减少了人力消耗,为实现水面垃圾的智能化自动化清理提供了可行方案,具有一定的研究意义和应用价值。