随着科技的迅速发展,自主移动机器人被广泛应用于各个领域,尤其是代替人类工作在极端恶劣的非结构化环境下。在非结构化环境下灰尘、污泥等污染物对机器人视觉的危害是巨大的。灰尘粘附到视觉镜头上很难自动掉落,造成执行任务的机器人不能清楚地检测周围环境。因此,设计一个移动机器人摄像头污染物的自动清洁装置具有重要意义。本文对工作在非结构化环境下的移动机器人仿生视野清洁装置进行以下研究:首先,运用BioTRIZ与可拓学相结合的方法设计了对移动机器人摄像头污染物具有快速有效清洁功能的仿生变刚度刚柔结构清洁薄膜。本文实现工程问题从工程空间到生物空间的映射,获得合适的生物原型—矛隼瞬膜清洁系统。将矛隼瞬膜能够瞬间移动穿过眼球,去除沙子及其他污染物的功能与臭蜣螂身体表面减阻耐磨的特殊结构进行整合,完成对仿生变刚度刚柔结构清洁薄膜的设计。其次,建立仿生变刚度刚柔结构清洁薄膜复合材料硬物质和软物质的中心交错的拉剪链模型力学模型,并设计了仿生视野清洁装置的总体方案。仿生清洁薄膜的形状变化与其内部压力变化密切相关,对仿生充水薄膜结构变形进行描述,建立充水薄膜结构空间曲面方程。对水射流喷嘴清洗机理进行分析并对水射流喷嘴内部空化现象进行阐述。基于以上理论设计了移动机器人仿生视野清洁装置。通过ANSYS软件对仿生清洁薄膜及锥直型喷嘴模拟仿真计算并应用Isight软件对结构优化设计。模拟仿生变刚度刚柔结构清洁薄膜的充水变形状态,得到薄膜充水压力与薄膜变形量之间的关系。对外部几何参数相同的锥直型喷嘴和仿生锥直型喷嘴进行模拟仿真,并对仿生锥直型喷嘴打击力提升的原因进行分析。利用Isight软件将Solidworks、ICEM和Fluent软件进行集成,对仿生锥直型喷嘴和清洁薄膜的结构参数进一步优化,利用DOE方法来确定仿生锥直型喷嘴和清洁薄膜的各个结构参数对目标函数的影响,然后用MIGA算法对各个结构尺寸进行最终优化得到最优结果。最后,根据以上理论制作的移动机器人仿生视野清洁装置样机通过实验验证其有效性。针对设置不同污染物和不同射流压力等条件对仿生变刚度刚柔结构清洁薄膜、仿生锥直型喷嘴和空气放大器分别做清洁实验,观测并验证其清洁的效率及性能。