近年来，随着监测项目的增多，对机器人的视觉要求也逐渐提高，但是由于海洋、湖泊环境的严重污染及水下杂物的存在，使得机器人的视觉系统很容易受到污染，从而影响观察效果，因此，需要一种能够进行清洗的装置。本课题在博士点基金的支持下，进行机器人视觉传感器视野自动清洁罩的设计并进行了相关结构的仿真分析与优化。首先，在研究了大量的资料的基础上，本文依据人眼泪器的结构提出一种具有仿生特点的视觉传感器自动清洁装置的设计方案。通过分析人眼泪器的生理结构、工作原理及其神经控制系统，建立仿人眼泪器的视觉传感器清洗系统组成模型，该装置可以实现喷嘴阵列的俯仰和轴向偏转，从而对镜头罩上的污物目标区域产生不同的清洗效果。其次，在分析三种空化喷嘴的结构形式及其性能的基础上，确定本论文所要研究的喷嘴类型即角形空化喷嘴。依据计算流体力学理论，通过GAMBIT和FLUENT软件对不同喷嘴进行数值模拟，选用多相流模型，得到各个角形喷嘴内部的压力和速度分布云图，压力和速度曲线图以及出口的速度值。分析其内部的射流速度、压力等的分布规律，得到角形空化喷嘴的各个几何参数（圆柱段长度、扩散段长度、扩散角）对喷嘴性能的影响，选出较优值，为设计更加合理的空化喷嘴提供依据。然后，将iSIGHT与流体分析前处理软件GAMBIT和流体分析软件FLUENT进行集成，将GAMBIT和FLUENT中的数据导入到iSIGHT中，选用正交试验设计方法，以喷嘴的进口直径、收缩角、圆柱段直径、圆柱段长度、扩散段长度及扩散角为设计变量，确定设计变量对喷嘴空化压力及出口速度的主效应和帕累托贡献率；以喷嘴出口速度最大、产生的空化压力最小作为优化目标函数，选用可实现全局优化的非劣分层遗传算法-II（NSGA-II），对喷嘴的各个结构参数进行优化。第四，对不同组合方式（不同的喷嘴数目，不同的喷嘴与被清洗表面之间的夹角，不同的喷嘴轴向偏角）的结构进行建模、划分网格、定义边界条件；然后用FLUENT进行仿真计算，通过对各仿真结果的对比分析，找出一种组合方式，使之既能达到较佳的清洗效果还可以减少能源的消耗。最后，选择相应的实验仪器，对镜头进行除污实验，得出各种情况下的除污时间，便于以后的实际指导。