21世纪伴随着能源危机和环境污染问题的进一步凸显,如何利用绿色能源——风能部分替代化石燃料作为动力的课题再次引起了人们的广泛关注。因此近年来在船舶推进方面人们日益把目光投向利用智能风帆的绿色船舶研发。在此背景下,本文在国内首次设计并制作一艘基于智能风帆技术的无人操纵帆船,并以此为研究对象,探究无人操纵帆船的路径规划和运动控制策略。本文首先引入无人操纵帆船的概念,并利用SWOT分析法(即强弱机危综合分析法)探究无人操纵帆船在海洋环境监测方面的应用价值。其次进行了基准船型、翼帆等部分的设计和选型分析,运用Maxsurf、Javafoil和SolidWorks等软件分别进行船体型线设计、翼帆特性分析和舱室三维建模布局和仿真,确保设计一艘保证一定的快速性、耐波性、操纵性,利于实际航行和自动操纵的帆船实验平台。再次进行了硬件电路设计,搭建并实际制作了由风速风向传感器、IMU (Inertial Measurement Unit)姿态传感器、GPS (Global Positioning System)等组成的多传感器采集网络和嵌入式处理平台,为后续编程验证控制策略提供了硬件基础。然后运用静力学方程对帆船的稳态运动建模,求解帆船速度极曲线,得到帆船速度跟风速风向的函数关系。最后根据帆船的速度极曲线设计基于A*(A-Star)算法的路径规划策略,实现帆船自主探索最优路径的目的,并结合基于Mamdani型模糊推理机设计的运动控制算法,最终实现短距离无人操纵航行的目标。本文从理论分析、建模仿真和试航实验三方面开展了的研究,初步探索了帆船运动和操纵规律,取得了一定成果,期望为后续继续研究自动化帆船提供借鉴和参考。作为海事大学研究无人操纵帆船技术的先例,希望本文的经验教训为后续研究生从事智能风帆研究应用提供帮助。