CN104274987A - 能实现三维空间自由运动的单点装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能实现三维空间自由运动的单点装备，其包括：栅顶；间隔安装在栅顶上的多套垂直吊机机构，每套垂直吊机机构具有卷筒及驱动卷筒转动的电机；分别安装在栅顶上且与多套垂直吊机机构对应的多套导向装置；多条钢丝绳，每条钢丝绳的一端缠绕在一套垂直吊机机构的卷筒上，另一端依次绕过一套导向装置中的多个滑轮并向下延伸，随着卷筒的转动而改变向下延伸的长度；将多条钢丝绳的另一端连接在一起且悬吊重物的吊具，所述吊具随着多条钢丝绳另一端向下延伸的长度的改变，在三维空间内运动。本发明的能实现三维空间自由运动的单点装备，结构简单，使用方便，使连接多个钢丝绳另一端的吊具实现三维空间内的运动，从而增加演出效果。

Description

能实现三维空间自由运动的单点装备

技术领域

本发明涉及一种用于表演时产生特技效果用的飞行装备，尤其涉及一种能实现三维空间内运动的飞行装备。

背景技术

空中飞行表演已广泛应用于舞台表演、体育场馆表演等领域，俗称威亚装置。目前常用的威亚装置通常是将移动小车吊挂在钢索上或行走支架上，通过卷扬机设备驱动移动小车的水平移动和实现演员或吊装重物的升降运动，由于升降运动和水平移动只能使演员或重物实现二维方向的运动，因此表演效果不佳，并且结构复杂。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的问题，提供能实现三维空间自由运动的单点装备，其结构简单，使用方便，采用多套垂直吊机机构分别驱动多个钢丝绳，使连接多个钢丝绳另一端的吊具实现三维空间内的运动，从而增加演出效果，带给观众强大的震撼力。

为实现本发明的上述目的，本发明的能实现三维空间自由运动的单点装备包括：栅顶；间隔安装在栅顶上的多套垂直吊机机构，每套垂直吊机机构具有卷筒及驱动卷筒转动的电机；分别安装在栅顶上且与多套垂直吊机机构对应的多套导向装置；多条钢丝绳，每条钢丝绳的一端缠绕在一套垂直吊机机构的卷筒上，另一端依次绕过一套导向装置中的多个滑轮并向下延伸，随着卷筒的转动而改变向下延伸的长度；将多条钢丝绳的另一端连接在一起且悬吊重物的吊具，所述吊具随着多条钢丝绳另一端向下延伸的长度的改变，在三维空间内运动。

其中，所述栅顶呈圆形，所述多套垂直吊机机构均布安装在栅顶的圆周。

其中，每套所述导向装置包括：安装在所述栅顶上且位于所述卷筒上方的导向滑轮组，用于使未缠绕在卷筒上的钢丝绳保持固定的引出方向；安装在所述栅顶的滑轮梁上且位于所述导向滑轮组上方的定滑轮组，用于改变经过所述导向滑轮组的钢丝绳的引出方向。

优选的，所述导向滑轮组包括：竖直安装在基座上的固定架，基座安装在所述栅顶上；与固定架一侧转动连接的上旋转架；并列安装在上旋转架上的第一定滑轮支架和第二定滑轮支架；分别转动安装在第一定滑轮支架和第二定滑轮支架上的第一定滑轮和第二定滑轮；其中，一条所述钢丝绳的另一端依次绕过第一定滑轮、第二定滑轮后向上延伸。

优选的，所述定滑轮组包括：安装于所述滑轮梁上且间隔布置的第三定滑轮支架和第四定滑轮支架；分别转动安装在第三定滑轮支架和第四定滑轮支架上的第三定滑轮和第四定滑轮；其中，绕过所述导向滑轮组的一条所述钢丝绳的另一端依次绕过第三定滑轮和第四定滑轮后向下延伸。

进一步的，还包括与所述多套导向装置对应设置的多套摆动滑轮组，其中，每套摆动滑轮组包括：安装于所述栅顶的滑轮支架；安装在滑轮支架一侧且相对滑轮支架旋转的下旋转架；转动安装在下旋转架上的第五定滑轮；其中，一条所述钢丝绳的另一端依次绕过一套导向装置中的多个滑轮和第五定滑轮后，固定在所述吊具上。

优选的，所述垂直吊机机构和导向装置的数量为3-8套，所述钢丝绳的数量为3-8条。

特别是，所述第二定滑轮的滑轮槽的最低点与所述第一定滑轮的滑轮槽的最高点位于同一水平面。

其中，所述垂直吊机机构还包括：安装在所述基座上的电机支架，所述电机安装在电机支架上；安装在基座上的卷筒支架，所述卷筒安装在卷筒支架上；安装在电机的电机轴上的编码器；安装在卷筒支架上的防乱绳装置和防松绳装置；其中，所述卷筒的卷筒轴与所述电机的输出轴垂直。

特别是，还包括连接所述电机且控制其运行状态的控制装置。

与现有技术相比，本发明的能实现三维空间自由运动的单点装备具有如下的优点：

1）本发明的单点装备由多套垂直吊机机构分别驱动多个钢丝绳，使多个钢丝绳中的至少一个钢丝绳的长度发生改变，从而使与多个钢丝绳另一端连接的吊具实现三维空间内的运动，因此结构简单，使用方便；

2）本发明的单点装备中的吊具可在三维空间内运动，因此可使吊挂于其下的飞行件实现三维空间内的运动，因此运动效果好，增加演出效果，并带给观众强大的震撼力。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明能实现三维空间自由运动的单点装备的结构示意图；

图2是图1所示的实现三维空间自由运动的单点装备的俯视图；

图3是图1中A部分放大图；

图4是本发明的垂直吊机机构的结构示意图；

图5是图4所示垂直吊机机构的左侧视图；

图6是图4所示垂直吊机机构的俯视图；

图7是本发明的防松绳装置的结构示意图；

图8是本发明的导向滑轮组的结构示意图；

图9是图8所示导向滑轮组的左侧视图；

图10是本发明的上旋转架的结构示意图；

图11是本发明的摆动滑轮组的结构示意图；

图12是图11所示摆动滑轮组的左侧视图；

图13是本发明的下旋转架的结构示意图；

图14是图13所示的下旋转架的左侧视图。

附图标记说明：1-栅顶；2-垂直吊机机构；3-钢丝绳；4-吊具；5-导向滑轮组；6-定滑轮组；7-摆动滑轮组；11-滑轮梁；21-卷筒；22-电机；23-基座；24-电机支架；25-卷筒支架；26-编码器；27-防乱绳装置；28-防松绳装置；51-固定架；52-上旋转架；53-第一定滑轮支架；54-第二定滑轮支架；55-第一定滑轮；56-第二定滑轮；61-第三定滑轮支架；62-第四定滑轮支架；63-第三定滑轮；64-第四定滑轮；71-滑轮支架；72-下旋转架；73-第五定滑轮；271-尼龙辊；281-金属板；282-导电螺钉；283-螺栓；521-旋转轴；522-水平支撑架；523-固定板；524-加强筋；541-筋板；721-支架轴；722-支架；723-第五定滑轮支架。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明的能实现三维空间自由运动的单点装备包括：栅顶1；间隔安装在栅顶1上的多套垂直吊机机构2，每套垂直吊机机构2具有卷筒21及驱动卷筒21转动的电机22；分别安装在栅顶1上且与多套垂直吊机机构2对应的多套导向装置；多条钢丝绳3，每条钢丝绳3的一端缠绕在一套垂直吊机机构2的卷筒21上，另一端依次绕过一套导向装置中的多个滑轮并向下延伸，随着卷筒21的转动而改变向下延伸的长度；将多条钢丝绳3的另一端连接在一起且用于悬吊重物的吊具4，吊具4随着多条钢丝绳3中至少一条钢丝绳另一端向下延伸的长度的改变，而在三维空间内运动。

具体的，如图2所示，本发明的栅顶1为基本构件，其呈圆形，在其上安装着本发明的其它构件，如：多套垂直吊机机构2和与多套垂直吊机机构2分别对应的多套导向装置，并且，多套垂直吊机机构2均布安装在栅顶的圆周。当然，本发明的栅顶1也可以采用其它的形状，如长方形等。

本发明中，垂直吊机机构2和导向装置的数量为3-8套，相应的，钢丝绳3的数量为3-8条，其中一套垂直吊机机构2通过一套导向装置控制一条钢丝绳的运动。优选的，垂直吊机机构2和导向装置的数量为四套，钢丝绳3的数量为四条。

下面以四套垂直吊机机构2、四套导向装置和四条钢丝绳3中的任一套垂直吊机机构2、与该套垂直吊机机构2对应的导向装置和钢丝绳3为例，描述一条钢丝绳实现运动状态改变的过程。

图4-6所示为本发明的每套垂直吊机机构2的结构示意图，由图可知，本发明的垂直吊机机构2除了卷筒21和驱动卷筒21转动的电机22之外，还包括：安装在基座23上的用于安装电机22的电机支架24，该基座23安装在栅顶1上；安装在基座23上的用于安装卷筒21的卷筒支架25；安装在电机22的电机轴上的用于计算电机22转动圈数的编码器26，以便计算出缠绕在卷筒21上的钢丝绳3的相应改变长度；分别安装在卷筒支架25上且位于卷筒21附近的防乱绳装置27和防松绳装置28，以防止缠绕在卷筒21上的钢丝绳3发生干涉和脱离卷筒21；其中，卷筒21的卷筒轴与电机22的输出轴垂直，且卷筒轴与电机的输出轴通过联轴器相连。

其中，电机22转动时，通过联轴器驱动卷筒21转动，由于钢丝绳3的一端缠绕在卷筒21上，因此钢丝绳3随着卷筒21的转动而缠绕在卷筒21上或解除缠绕在卷筒21上，从而使钢丝绳3另一端的伸出长度发生改变。而编码器26计算电机22的转动圈数，并将电机转动圈数的信息传递给控制装置，控制装置通过电机转动圈数从而可以计算出钢丝绳3另一端缠绕在卷筒21上或解除缠绕在卷筒21上的长度值，进而可以根据需要对电机进行控制。

由于钢丝绳3在卷筒21上缠绕时，有时会因突发情况导致钢丝绳3的缠绕过程混乱，如钢丝绳另一端无载荷，此时会使本应紧紧缠绕在卷筒21上的钢丝绳3与卷筒外表面间有一定缝隙，当钢丝绳3与卷筒外表面间的缝隙达到第一设定值时，钢丝绳3会碰到防乱绳装置27中的尼龙辊271，而尼龙辊271会阻止钢丝绳3朝着继续加大其与卷筒外表面间缝隙的方向运动，从而有效防止钢丝绳3继续在卷筒上松脱。

当缠绕在卷筒21上的钢丝绳3与卷筒21外表面间的缝隙达到第二设定值时，钢丝绳3会碰到防乱绳装置28，从而使控制系统控制电机22停止转动。具体的，如图7所示，本发明的防乱绳装置28具有金属板281、安装在金属板281一端的导电螺钉282及将金属板281固定于卷筒支架上的螺栓283。其中，金属板281由导电材料制成，如采用铝板制成，而导电螺钉282与控制系统电连接。当钢丝绳3与卷筒21外表面间的缝隙达到第二设定值时，缠绕在卷筒上并处于松脱状态的钢丝绳会碰到金属板281，从而会使金属板281与导电螺钉282处于电连通状态，此时控制系统的检测装置检测导电螺钉282的电阻变化情况，而控制系统根据电阻变化情况判断钢丝绳3是否处于脱离卷筒状态，从而实现对电机的控制，使电机停止转动或继续转动。

上述的缠绕在卷筒21上的钢丝绳3与卷筒21外表面间的缝隙的第一设定值可以与第二设定值相等，或第一设定值略小于第二设定值。

当卷筒21随着电机22的转动而转动时，钢丝绳的另一端经过导向装置被引导为向下延伸并与吊具4相连。

其中，导向装置包括：安装在栅顶1上且位于卷筒21上方的导向滑轮组5，用于使未缠绕在卷筒21上的钢丝绳3的另一端保持固定的引出方向；安装在栅顶1的滑轮梁11上且位于导向滑轮组5上方的定滑轮组6，用于改变经过导向滑轮组的钢丝绳3的引出方向，使其向下延伸。

具体的，如图8、9、10所示，导向滑轮组5包括固定架51、上旋转架52及安装于上旋转架52上的一对滑轮55、56。其中，固定架51竖直安装在基座23上，其具有两根竖直支架和分别位于两根竖直支架上部和中部并将两根竖直支架连接为一体的两根水平支架，竖直支架和水平支架均由槽钢制成。上旋转架52与固定架51一侧转动连接，从而使得上旋转架52可以相对的绕着固定架51进行旋转，该上旋转架52包括：旋转轴521，其顶端和底端分别通过轴承与固定架51中的水平支架转动连接；固定安装于旋转轴上部的固定板523，其呈L型，且L形固定板523的一边与旋转轴上部固定连接；与L形固定板523的另一边固定连接且朝远离固定架51方向延伸的水平支撑架522，其随着旋转轴521的旋转而进行同步旋转；用于加强水平支撑架522和旋转轴521之间连接强度的加强筋524。在上旋转架52的水平支撑架522的两端并列的固定安装有第一定滑轮支架53和第二定滑轮支架54，并且在第二定滑轮支架54的两侧还设有用于加强第二定滑轮支架54与水平支撑架522之间连接强度的筋板541。在第一定滑轮支架53上安装有第一转轴，第一定滑轮55安装在第一转轴上且可绕第一转轴旋转。同样，在第二定滑轮支架54上安装有第二转轴，第二定滑轮56安装在第二转轴上且可绕第二转轴旋转，并且第二定滑轮56的滑轮槽的最低点与第一定滑轮55的滑轮槽的最高点位于同一水平面。

如图4所示，钢丝绳3的另一端离开卷筒21，绕过第一定滑轮55的滑轮槽后沿水平方向延伸，然后绕过第二定滑轮56的滑轮槽后向上延伸。如图6所示，当电机22转动时，卷筒21相应的转动，使钢丝绳3在卷筒上缠绕或解除缠绕。由于上旋转架52可绕着旋转轴521的轴线相对固定架51进行旋转，因此分别安装在第一定滑轮支架53和第二定轮滑支架54上的第一定滑轮55和第二定滑轮56也可随着上旋转架52绕着旋转轴521的轴线相对固定架51进行旋转，从而使绕过第一定滑轮55和第二定滑轮56的钢丝绳3随着上旋转架52的旋转实现了在卷筒21上的缠绕或解除缠绕。采用本发明的导向滑轮组5，无论上旋转架52处于何种状态，离开卷筒21后先后绕过第一定滑轮55和第二定滑轮56后的钢丝绳3始终保持向上延伸的方向不变。

绕过第二定滑轮56后向上延伸的钢丝绳3又被定滑轮组6引导，使钢丝绳的延伸方向改变为向下延伸。具体的，如图1、3所示，定滑轮组6包括：安装于栅顶的滑轮梁11上且间隔布置的第三定滑轮支架61和第四定滑轮支架62；分别固定安装在第三定滑轮支架61和第四定滑轮支架62上的第三转轴和第四转轴；分别安装在第三转轴和第四转轴上的第三定滑轮63和第四定滑轮64，且第三定滑轮63和第四定滑轮64分别绕着第三转轴和第四转轴转动；其中，绕过第二定滑轮56后向上延伸的钢丝绳3依次绕过第三定滑轮63和第四定滑轮64后向下延伸。

此外，在每个导向装置中的第四定滑轮64的下方还对应安置有一个摆动滑轮组7，如图11、12所示，每个摆动滑轮组7包括滑轮支架71、下旋转架72和转动安装于下旋转架72上的第五定滑轮73。其中，滑轮支架71安装在栅顶1上，其由多根槽钢采用固定连接的方式连接为一体，具有立梁与水平梁，水平梁通过螺栓与栅顶1上的槽钢固定连接。下旋转架72安装在滑轮支架71中的立梁一侧且相对立梁旋转，其具有支架轴721和安装于支架轴721下部的支架722。如图11、12、13、14所示，在滑轮支架71中的立梁的上、下两端分别固定安装有支撑座，支架轴721的顶端与底端分别安置在支撑座内并与支撑座转动连接，从而使得支架轴721可以相对立梁旋转。在支架轴靠近于底端处固定安装有支架722，且在支架722下方固定安装有由一对竖直立板构成的第五定滑轮支架723，第五定滑轮支架723的一对竖直立板之间具有一定距离，在一对竖直的立板之间固定安装有第五转轴，在第五转轴上转动安装有第五定滑轮73，使得第五定滑轮73可以在第五转轴上转动。

其中，如图11、12所示，支架轴721为中空的轴，绕过第四定滑轮64后的钢丝绳3从中空的支架轴721内穿过，并绕过第五定滑轮73的滑轮槽后向外延伸，从而使钢丝绳3的另一端与吊具4连接。优选的，绕过第四定滑轮64后向下延伸的钢丝绳3的中心线与支架轴721的轴线在一条直线上，并且，如图11所示，支架轴721的轴线与第五定滑轮73滑轮槽右端外缘相切，从而使支架轴721的轴线与绕在第五定滑轮73上的钢丝绳的中心线在一条直线上。

由于下旋转架72可相对滑轮支架71进行前后摆动，因此当钢丝绳3前后倾斜而与垂直方向有一定夹角时，下旋转架72会随着钢丝绳3的前后倾斜而相应的调整相对滑轮支架71角度，以使支架轴721的轴线始终与绕在第五定滑轮上的钢丝绳3的中心线在一条直线上，从而减小了钢丝绳3与绕过的第四定滑轮间的偏角，降低了对钢丝绳3的磨损，从而提高了钢丝绳3的使用寿命。

本发明的吊具4连接多条钢丝绳3的另一端，从而随着多条钢丝绳3中的至少一条钢丝绳的运动而在三维空间内运动。本发明的吊具4可以采用现有技术中用于连接钢丝绳3的吊具的结构，在此不再描述。

下面以采用四套垂直吊机机构2、四套导向装置和四条钢丝绳3为例，描述本发明的单点装备能够实现在三维空间内自由运动的过程。

如图1、2、3所示，本发明采用吊具4将四条钢丝绳连接在一起。控制系统通过控制每条钢丝绳所对应的一套垂直吊机机构2中的电机的转动状态，而控制每条钢丝绳向下延伸的长度。具体的，当每套垂直吊机机构2中的电机接收到控制系统的指令而工作时，带动与其连接的卷筒进行转动，从而使其一端与该卷筒固定连接的钢丝绳在该卷筒上缠绕或解除缠绕，从而使远离该卷筒的且向上延伸的钢丝绳的一段长度发生改变。且改变长度后的该钢丝绳的另一端首先依次绕过第一定滑轮和第二定滑轮，经两个滑轮导向后向上延伸，接着依次绕过第三定滑轮和第四定滑轮，离开第四定滑轮后钢丝绳的另一端向下延伸，然后穿过支架轴721的中心、绕过第五定滑轮，最后使与其连接的吊具4向上或向下移动。

在本发明中，控制系统中具有根据吊具4所能到达的三维运动的轨迹而设定的程序，控制系统根据现场表演中的实际情况，控制四套电机的动作，从而控制由四套电机所分别驱动的钢丝绳在对应的卷筒上缠绕或解除缠绕，使得远离卷筒的四条钢丝绳的一段长度改变，从而使吊具相应的向上、向下或向左、向右移动，即使吊具4发生空间位置的改变，如图2中虚线所示。

尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种能实现三维空间自由运动的单点装备，其特征在于，包括：

栅顶（1）；

间隔安装在栅顶（1）上的多套垂直吊机机构（2），每套垂直吊机机构（2）具有卷筒（21）及驱动卷筒（21）转动的电机（22）；

分别安装在栅顶（1）上且与多套垂直吊机机构（2）对应的多套导向装置；

多条钢丝绳（3），每条钢丝绳（3）的一端缠绕在一套垂直吊机机构（2）的卷筒（21）上，另一端依次绕过一套导向装置中的多个滑轮并向下延伸，随着卷筒（21）的转动而改变向下延伸的长度；

将多条钢丝绳（3）的另一端连接在一起且悬吊重物的吊具（4），所述吊具（4）随着多条钢丝绳（3）另一端向下延伸的长度的改变，在三维空间内运动。

2.根据权利要求1所述的能实现三维空间自由运动的单点装备，其特征在于，所述栅顶（1）呈圆形，所述多套垂直吊机机构（2）均布安装在栅顶（1）的圆周。

3.根据权利要求2所述的能实现三维空间自由运动的单点装备，其特征在于，每套所述导向装置包括：

安装在所述栅顶（1）上且位于所述卷筒（21）上方的导向滑轮组（5），用于使未缠绕在卷筒（21）上的钢丝绳（3）保持固定的引出方向；

安装在所述栅顶（1）的滑轮梁（11）上且位于所述导向滑轮组（5）上方的定滑轮组（6），用于改变经过所述导向滑轮组的钢丝绳（3）的引出方向。

4.根据权利要求3所述的能实现三维空间自由运动的单点装备，其特征在于，所述导向滑轮组（5）包括：

竖直安装在基座（23）上的固定架（51），基座（23）安装在所述栅顶（1）上；

与固定架（51）一侧转动连接的上旋转架（52）；

并列安装在上旋转架（52）上的第一定滑轮支架（53）和第二定滑轮支架（54）；

分别转动安装在第一定滑轮支架（53）和第二定滑轮支架（54）上的第一定滑轮（55）和第二定滑轮（56）；

其中，一条所述钢丝绳（3）的另一端依次绕过第一定滑轮（55）、第二定滑轮（56）后向上延伸。

5.根据权利要求3所述的能实现三维空间自由运动的单点装备，其特征在于，所述定滑轮组（6）包括：

安装于所述滑轮梁（11）上且间隔布置的第三定滑轮支架（61）和第四定滑轮支架（62）；

分别转动安装在第三定滑轮支架（61）和第四定滑轮支架（62）上的第三定滑轮（63）和第四定滑轮（64）；

其中，绕过所述导向滑轮组（5）的一条所述钢丝绳（3）的另一端依次绕过第三定滑轮（63）和第四定滑轮（64）后向下延伸。

6.根据权利要求1-5任一项所述的能实现三维空间自由运动的单点装备，其特征在于，还包括与所述多套导向装置对应设置的多套摆动滑轮组（7），其中，每套摆动滑轮组（7）包括：

安装于所述栅顶（1）的滑轮支架（71）；

安装在滑轮支架（71）一侧且相对滑轮支架（71）旋转的下旋转架（72）；

转动安装在下旋转架（72）上的第五定滑轮（73）；

其中，一条所述钢丝绳（3）的另一端依次绕过一套导向装置中的多个滑轮和第五定滑轮（73）后，固定在所述吊具（4）上。

7.根据权利要求6所述的能实现三维空间自由运动的单点装备，其特征在于，所述垂直吊机机构（2）和导向装置的数量为3-8套，所述钢丝绳（3）的数量为3-8条。

8.根据权利要求4所述的能实现三维空间自由运动的单点装备，其特征在于，所述第二定滑轮（56）的滑轮槽的最低点与所述第一定滑轮（55）的滑轮槽的最高点位于同一水平面。

9.根据权利要求1-5任一项所述的能实现三维空间自由运动的单点装备，其特征在于，所述垂直吊机机构（2）还包括：

安装在所述基座（23）上的电机支架（24），所述电机（22）安装在电机支架（24）上；

安装在基座上的卷筒支架（25），所述卷筒（21）安装在卷筒支架（25）上；

安装在电机（22）的电机轴上的编码器（26）；

安装在卷筒支架（25）上的防乱绳装置（27）和防松绳装置（28）；

其中，所述卷筒（21）的卷筒轴与所述电机（22）的输出轴垂直。