目前,城市公园水域、乡镇池塘、湖泊、养殖等小型水域中的漂浮垃圾污染日趋严重,对周边环境及水资源构成较大影响。国内外面向大型水域的水面垃圾收集方式的研究和相关机械产品已较多,但是针对小型水域的水面垃圾收集装置的研究和开发尚相对较少,为此研究出自适应能力强、便于携带、结构简单、装拆调整方便、工作效率高、控制灵活的水面垃圾收集机械有着非常现实的意义。本课题主要研发小型水域水面垃圾收集船,其主要作用是完成对水面垃圾的收集、储存和传送工作。根据项目既定的技术要求和功能目标,从船体类型选定、收集装置设计、俯仰装置设计、平衡调节装置设计、动力系统装置设计五大方面进行了整体设计,建立水面垃圾收集船的总装配模型、虚拟样机模型、有限元模型。进行了双船体的运动轨迹和避障路径分析,并对整船和主要零部件进行静力学有限元分析、模态分析以及运动学与动力学仿真分析,最后进行结构优化设计。本文的主要内容包括:（1）工作原理分析、结构方案制定并几何建模。根据垃圾收集船既定的技术要求及功能目标,结合实际水面作业情况分析,评估市场上垃圾收集船的结构特点。确定收集装置、平衡调节装置、输送带俯仰装置等多种类型功能结构。针对小型水域适应性问题,拟定了动力系统装置方案,得出船体作业运行轨迹。结合各装置结构特点,建立小型水域水面垃圾收集船三维模型。（2）水面垃圾收集船运动学仿真分析。利用MSC Adams软件在建立收集船虚拟样机模型的基础上,分析获得了水面垃圾收集船的运动轨迹和俯仰装置加速度、角加速度、力和转矩等数据曲线。（3）水面垃圾收集船静力学有限元分析及模态分析。利用Abaqus建立收集船有限元模型,对水面垃圾收集船静力学特性进行有限元静态力学分析,取得整船固联和关键零部件在满载下的应力与位移云图,分析得出最大应力与最大位移处,校核验证整船及零件的结构强度和刚度。其后对整船进行模态分析,通过分析知,该船前6阶模态固有频率值均偏离激振频率,因而不会发生共振现象。（4）水面垃圾收集船结构优化。根据收集船重要零部件的有限元静态分析结果,对升降支撑座进行拓扑优化以及聚集引导架进行形状优化。使得升降支撑座重量减轻13.1%,聚集引导架最大应力减小32.9%,在一定程度上达到轻量化的预期效果,为整船的进一步优化提供了参考依据。