沙滩垃圾清扫机器人是一种专为沙滩环境设计的自动化清洁设备，其开发背景源于沙滩垃圾清扫工作中人工操作的高强度、低效率及环境适应性差等问题。论文指出，沙滩地形复杂，垃圾分布分散，人工清扫存在“很大的难度和工作强度比较大”的挑战。因此，本研究旨在通过机械化与自动化技术，开发一种能够替代人工、实现高效清扫的机器人系统。该机器人的设计目标包括高适应性、轻量化、紧凑结构以及低噪音运行，以满足沙滩环境下的长期稳定工作需求。

在结构方面，沙滩垃圾清扫机器人主要由执行控制系统、机械传动结构、驱动系统、控制系统和检测系统五大模块组成。执行控制系统负责机器人的移动与清扫动作，其核心为捡拾垃圾机械臂和清扫机构。机械传动结构采用步进电机（型号YYCJ80，电压220V，功率0.55kW，转速1500r/min）作为动力源，通过带传动系统实现动力传递。传动系统设计参数包括主动轮直径30mm、从动轮直径60mm、中心距153.6mm，传动比2，包角168°，确保传动平稳性与精度。捡拾垃圾机械臂采用五关节结构，基于FFZD4010-5型丝杠（公称直径40mm，导程10mm）设计，其轴向负载力最大为2929.69N，最小为1575N，并通过临界转速校核（10738.5r/min远高于工作转速1800r/min）和寿命校验（额定寿命21389小时，高于20000小时标准）。清扫机构则采用滚动轴承（深沟球轴承与滚子轴承组合），以支持高速运转与耐热需求。整体结构通过SolidWorks软件进行三维建模与二维工程图绘制，确保设计可视性与工程可行性。

功能上，该机器人具备自主路径规划、垃圾吸附与清扫、避障与定位等核心能力。其路径方案采用随机覆盖方式，适用于沙滩多障碍物环境，实现“全室覆盖清扫”。定位方案基于航迹推算技术，通过陀螺仪和加速度传感器计算位置与运动参数，初始定位精度高，且60分钟内误差可控。吸附功能通过真空吸力与毛刷组合实现，垃圾处理效率通过机械臂旋转力（计算值为231.6N）和分力（纵向92.64N、横向220.02N、垂向127.38N）保障。使用说明方面，机器人采用电池供电，需定期充电；控制系统通过传感器实现环境感知与运动调整，无需外部辅助工具；工作流程包括启动后自主导航、清扫、垃圾收集与存储，适用于沙滩、公园等开放区域。