随着我国城市现代化建设和乡镇城市化进程明显加快，城市生活垃圾日益增多。环境保护意识的增强催生了国家和地方的环保政策不断出台，促进了垃圾自动收集的快速创新发展。现有的垃圾收集模式主要是“垃圾桶一环卫工人手推车—垃圾收集点一垃圾中转站”一垃圾处理场，效率低，人工劳动强度大，其中垃圾收集站或中转站直接影响城市环境质量和城市建设。垃圾收集技术方面，国内主要采用人工移动垃圾桶到垃圾车边，上挂钩，半自动升降垃圾桶倾倒垃圾；国外出现采用机械手自动抓取垃圾桶，但存在机械手撞倒垃圾桶、不能自动实现手爪对准垃圾桶动作等问题。本文针对机械手撞倒垃圾桶、不能自动实现手爪对准垃圾桶动作等问题，提出抓取垃圾桶导轨式机械手方案，并应用虚拟样机技术、有限元技术，以ADAMS、HyperWorks软件为工具，对导轨式机械手进行设计与优化，主要内容如下：(1)基于垃圾桶自动收集的功能要求和技术指标，以及国内外现有垃圾车机械手的优缺点，提出导轨式机械手的总体设计方案，并完成详细的结构设计和接口设计；(2)应用动力学仿真软件ADAMS，建立导轨式机械手虚拟样机模型，在各种典型工况下，对机械手抓取垃圾桶的过程进行仿真分析，得出相应的夹紧力、支座反力以及机械手复合运动的液压缸驱动力，并应用结构静力学理论对仿真数据进行验算；(3)应用HyperWorks软件，建立导轨式机械手有限元模型，在各种典型工况下，对机械手进行有限元分析，得出机械手不同工况下的应力变形云图，并进行静强度刚度校核；(4)基于OptiStmct平台，利用结构优化方法对导轨式机械手进行轻量化设计，以主要部件的板厚为设计变量，全伸臂工况下各个部件的最大允许应力为约束条件，机械手质量最轻为目标函数，对主要部件板厚进行合理的优化设计，得出一款满足一定工程要求，且质量最轻的导轨式机械手。