本发明公开了一种小型水域垃圾清理机器人，包括船体、设置在船体后方的推进器、设置在船体正前方的激光雷达、设置在船体上部中央位置的垃圾收集箱、设置在船体头部位置的机舱、固定在机舱上端的云台以及固定在机舱外侧的至少一个机械臂；机舱的内部设有机器人控制器和电源模块，云台上设有摄像头；机器人控制器包含船体子系统、图像识别子系统和机械臂子系统；船体子系统用于实现船体在水域中自主巡航的功能；图像识别子系统用于获取机械臂坐标系下目标垃圾的3D坐标信息；机械臂子系统用于实时控制机械臂运动，夹持网兜捞取水面垃圾至垃圾收集箱。利用本发明，节约了垃圾清理成本，且不会产生噪声，解决了在小型水域中水面垃圾清理的问题。