无人帆船因为采用风能作为动力来源,相较于其它水面自主航行器来说具有续航时间长、绿色环保无污染、可靠性强、人力成本低等优势,因而近些年来成为无人自主水面航行器研究中的焦点。基于此,本文结合ROS机器人操作系统,设计并开发了一套基于ROS的无人帆船控制系统。该系统实现了无人帆船自主航行以及利用上位机监控无人帆船航行数据并发送控制指令的功能。首先,根据无人帆船的操纵原理,本文完成了无人帆船的系统结构设计,确定了无人帆船的系统构成。其组成包括传感器系统、导航算法系统、通信系统、舵控制器、帆控制器、执行机构、上位机系统。其次,完成了系统的硬件设计及搭建。确定了传感器的种类及型号,釆用树莓派3B+作为主控器,Arduino UNO R3作为副控制器,帆和舵的控制分别由舵机以及收索机完成。主控制器的作用是采集传感器数据并规划航线、利用控制算法生成舵和帆的控制指令并完成与上位机的通信。副控制器的作用是采集数据并驱动舵机和收索机、接收遥控器信号并切换航行模式。然后,在树莓派3B+中安装ROS并完成节点设计以及程序编写,包括获取传感器数据、实现控制算法以及导航算法、完成与上位机的双向数据通信等;在Arduino UNO R3中利用开发工具完成副控制器程序编写;在上位机中搭建Qt开发环境,利用C++语言完成上位机界面开发,实现了获取帆船运动数据、发送控制指令及调用地图绘制实时轨迹的功能;设计了上位机与树莓派3B+之间、树莓派3B+与Arduino UNO R3之间的通信协议,以便数据能正常收发并解析。最后,对整套系统进行测试。包括对树莓派3B+各节点程序运行的测试以及与上位机、Arduino UNO R3之间的双向数据通信测试;Arduino UNO R3接收控制指令并驱动舵机、收索机的测试;上位机数据显示以及调用在线地图绘制运动轨迹的测试;无人帆船实际航行的测试。总体测试表明,所设计的基于ROS的无人帆船自主航行控制系统结构合理、硬件可靠、功能较全,具有一定的应用价值。