为了实现基于无碳理念的小车在复杂路径行驶中具备自主识别障碍物和避障轨迹优化等功能，设计了一种由重力驱动的智能车。首先，为使智能车既能行驶较远距离又能变速上坡，基于机械能守恒定律，设计了平滑过渡型阶梯式绕线轮，其结构简单、运行无冲击且加速度恒定，可有效节约驱动能源；其次，针对智能车的传动机构，进行了基于单自由度的动力学分析和转矩的计算；再次，采用STM8S105单片机作为核心控制器来控制E3Z-D62红外传感器、ES3104舵机和JY61P陀螺仪，实现对障碍物的识别、避让，车体转向和车身偏角预判等功能；最后，运用Python软件对采用不同齿轮传动比时智能车的运行速度及行进距离进行可视化仿真。结果表明：当齿轮传动比为6.3∶1时，利用由质量为1 kg、高度为（400±2）mm的砝码下落产生的重力势能转化的动能驱动智能车，可实现最优的行进距离。所设计的智能车能够实现直线行驶、自主识别和避让障碍物、加速爬坡、减速下坡等系列运动，其外观和成本等问题也已被充分考虑，满足了设计的预期要求。研究结果可为无碳小车的结构优化及控制提供参考。 本文从工程设计角度出发，兼顾机械效率及能量利用率，设计了平滑过渡型阶梯式绕线轮，使智能车具有变速功能且运行平稳；建立了齿轮传动系统动力学模型，推导了单自由度下齿轮机构啮合处的运动学方程；采用模块化思想设计了智能车的控制系统，合理利用了 STM8S105 单片机系统的中断、定时功能，同时解决了多传感器同时工作时响应优先级的分配问题；利用 Python软件对智能车的运行情况进行可视化仿真分析，得出不同传动比下智能车的运行速度和行进距离，并对比了理论行进距离和实际行进距离。笔者所设计的智能车能够很好地避开所有障碍物，具有较好的稳定性。
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