随着人民生活水平的不断提高,市场对于河蟹产品的需求量逐年攀升,河蟹产业也成为了我国淡水养殖中的支柱产业。在河蟹的养殖过程中主要面临着水草清理和均匀投饵两大难题,当前的河蟹养殖技术主要依靠人力,其作业路线随机性大,精细化、自动化水平较低,限制了河蟹养殖效益的进一步提高。为解决这一问题,本文设计了一种多功能全自动水产养殖作业船,其采用了嵌入式、全覆盖路径规划、船舶自动导航控制等技术,能够科学、高效地完成水草清理作业和均匀投饵作业。本文的主要研究内容及成果如下:一、设计了一种明轮驱动的水产养殖作业船。介绍了船体、明轮、水草清理装置和均匀投饵装置等主要功能部件,并在此基础上分析了作业船控制系统的结构,针对系统的三种操作模式:手动模式、遥控模式和自动导航模式的原理进行了分类阐述。二、设计了水产养殖作业船的全覆盖路径规划算法。介绍了高斯-克吕格坐标变换原理和蟹塘工作区域坐标系的建立方法;对两种常用的全覆盖遍历方法:内螺旋遍历方法和往返式遍历方法的目标路径计算公式进行了推导,并通过仿真实验对两种遍历方法的优缺点进行了比较。三、设计了水产养殖作业船的自动导航系统。介绍了其基于BD982型接收机的RTK-GPS高精度定位系统和自动导航控制原理;针对明轮船欠阻尼、非线性、大时滞的运动特点,设计了其基于模糊PID的航向/航速双闭环控制算法,阐述了航向模糊控制器的设计原理,并对航向闭环和航速闭环的控制量进行解耦;为防止作业船偏离目标路径,提出了目标路径插点算法,并设计了相应的路径切换及速度策略。四、设计了水产养殖作业船的嵌入式系统软件。搭建了软件开发的交叉编译环境,并介绍了U-Boot和Linux操作系统的移植过程;使用Qt Creator集成开发环境完成了作业船GUI应用程序的编写,根据需求分析将应用程序分解为数据采集模块、运算处理模块、输出控制模块和数据显示及交互模块四个部分,并着重对各个模块的结构和功能进行了详细的阐述。通过系统试验,结果表明:该水产养殖作业船各部分功能模块均能正常工作,船体响应迅速,自动导航时直行误差不超过0.09m,转弯误差不超过0.36m,能够满足蟹塘内全自动水草清理和均匀投饵的精度要求。