CN104456009B - 悬挂式多维运动机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬挂式多维运动机械臂，其包括安装在舞台上空建筑承重结构上的平移行走机构，安装在平移行走机构上的提升储存机构，安装在提升储存机构上的多级升降机构，安装在多级升降机构上的摆动旋转机构，安装在摆动旋转机构上的安装钢架，安装钢架上安装有LED显示屏或大型道具；LED显示屏或大型道具在平移行走机构、升储存机构、多级升降机构、摆动旋转机构的驱动下进行二个方向的平移运动、垂直升降运动和三个方向的旋转运动。本发明可使LED显示屏或大型道具实现多维运动，以最佳的位置、高度、角度呈现给现场观众，而且具有运动维度多、运动范围广，结构紧凑、自重轻、储存方便、使用功能强、操作维护简便等特点。

Description

悬挂式多维运动机械臂

技术领域

本发明涉及舞台演艺设备领域，具体涉及一种悬挂式多维运动机械臂。

背景技术

一般剧院、演播厅的LED显示屏或大型道具都是固定的。随着LED屏显示精度的提高，使用也日趋广泛，而许多道具也大量融入声、光、电、水、汽等元素，但是专为剧院、演播厅等演艺场馆设计生产的，多功能、操作方便、可多维运动的悬挂操作设备发展确相对滞后。以往的固定式显示屏、道具因为运动变化范围和角度有限，已很难满足多样化的舞台演出需要，和给观众欣赏完美视觉效果的要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、自重轻、安装维护方便、操作控制灵敏，定位准确、运行平稳、噪声低的悬挂式多维运动机械臂。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种悬挂式多维运动机械臂，其包括安装在舞台上空建筑承重结构上的平移行走机构，安装在平移行走机构上的提升储存机构，安装在提升储存机构上的多级升降机构，安装在多级升降机构上的摆动旋转机构，安装在摆动旋转机构上的安装钢架，安装钢架上安装有LED显示屏或大型道具；LED显示屏或大型道具在平移行走机构、提升储存机构、多级升降机构、摆动旋转机构的驱动下进行二个方向的平移运动、垂直升降运动和三个方向的旋转运动；

该平移行走机构包括左右行走机构和前后行走机构；左右行走机构包括固定安装在建筑承重结构上的左右平移导轨，左右行走钢架，安装在左右行走钢架上左右行走轮，以及驱动左右行走钢架沿左右平移导轨行走的左右驱动机构，左右行走轮的轮面抵靠于左右平移导轨；前后行走机构包括前后平移导轨，前后行走钢架，安装在前后行走钢架上前后行走轮，以及驱动前后行走钢架沿前后平移导轨行走的前后驱动机构，前后行走轮的轮面抵靠于前后平移导轨；

提升储存机构包括固定安装在上述前后行走钢架上的升降小钢架，安装在升降小钢架上的提升驱动机构，与提升驱动机构相连接的传动机构，以及设置于升降小钢架内的升降钢架，升降钢架在提升驱动机构和传动机构的驱动下在升降小钢架内进行提升运动；

多级升降机构包括设置在升降钢架内的外钢架，设置于外钢架内的内钢架，固定安装在外钢架上的升降驱动机构，通过齿轮分动箱与升降驱动机构相连接的上链条传动机构，外钢架、内钢架在升降驱动机构和上链条传动机构的驱动下进行升降运动；

摆动旋转机构包括安装在所述内钢架上的左右摆动机构，安装于左右摆动机构上的前后摆动机构，以及安装于前后摆动机构上的旋转运动机构。

其中，摆动旋转机构包括安装在多级升降机构上的左右摆动机构，安装于左右摆动机构上的前后摆动机构，以及安装于前后摆动机构上的旋转运动机构。

其中，安装钢架包括与旋转运动机构相连接的连接盘，以及用于固定安装LED显示屏或大型道具的架体，连接盘一体成型在架体上。

其中，左右摆动机构的摆动角度为-45°～+45°。

其中，前后摆动机构的摆动角度为-60°～+90°。

其中，旋转运动机构的旋转角度为-135°～+135°。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明可实现多维运动，具有运动维度多、运动范围广，结构紧凑、自重轻、功能强、操作简便等特点；

(2)本发明可视LED显示屏或大型道具完成移动、摆动、翻转旋转的运动，并且能以最佳的位置、高度、角度呈现给现场观众；

(3)上述设备或道具的运动过程，可直接用于舞台上的背景切换，或配合演员进行场景中的特效表演等；

(4)在同一套平移导轨系统内，可安装一台或多台本机械臂，操作控制上可单台独立运行也可多台同步或编组运行；

(5)不用时可上升至舞台高空存储，不影响其它设备的正常运行。

附图说明

图1是本发明悬挂式多维运动机械臂的正面结构示意图。

图2是本发明行走机构的正面结构示意图。

图3是本发明行走机构的左侧结构示意图。

图4是本发明行走机构的顶面结构示意图。

图5是本发明提升储存机构的正面结构示意图。

图6是本发明提升储存机构的顶面结构示意图。

图7是本发明多级升降机构的正面结构示意图。

图8本发明多级升降机构回缩时的正面结构示意图。

图9是图8的A-A剖面示意图。

图10是图8的B-B剖面示意图。

图11是本发明摆动旋转机构的正面结构示意图。

图12是本发明摆动旋转机构的侧面结构示意图。

图13是图11的C-C剖视图。

图14是本发明安装钢架的正面结构示意图。

图15是本发明安装钢架的顶面结构示意图。

图中，1-平移行走机构；11-固定导轨；12-前后导轨；13-前后行走轮；14-前后平移齿条；15-前后行走钢架；16-左右平移齿条；17-锁定机构；18-左右行走钢架；19-左右行走轮；110-左右平移导轨；111-前后驱动机构；112左右驱动机构；113-左右平移齿轮；114-前后平移齿轮；2-提升储存机构；21-升降钢架；22-齿条；23-升降小钢架；24-提升驱动机构；25-小链轮；26-第五齿轮；27-第三链条；28-大链轮；29-传动轴；210-小齿轮；211-背轮；212-张紧轮；3-多级升降机构；31-外钢架；32-上链轮；33-外链条调整座；35-内链条调整座；36-下链轮；37-内钢架；38-外导轨；39-外导靴；310-内导轨；311-内导靴；313-升降驱动机构；314-齿轮分动箱；315-传动轴；341-第一链条；342-第二链条；4-摆动旋转机构；41-链轮；42-摆轮；43-第四链条；44-固定链轮；45-活动链轮；46-活动杆；47-调节螺栓；48-固定块；49-固定螺栓；410-第一安装板；411-前后摆动驱动机构；412-第一回转支撑内圈；413-第一回转支撑外圈；414-连接板；415-第二安装板；416-第二回转支撑内圈；417-第二回转支撑外圈；418-旋转驱动机构；419-轴承；420-第一齿轮；421-第二齿轮；423-第三齿轮；422-第四齿轮；424-左右摆动驱动机构；5-安装钢架；6-建筑承重结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

本发明悬挂式多维运动机械臂的结构如图1所示，该悬挂式多维运动机械臂包括安装在舞台上空建筑承重结构6上的平移行走机构1，安装在平移行走机构1上的提升储存机构2，安装在提升储存机构2上的多级升降机构3，安装在多级升降机构3上的摆动旋转机构4，安装在摆动旋转机构4上的安装钢架5，安装钢架5安装LED显示屏或大型道具的安装钢架5；LED显示屏或大型道具在平移行走机构1、升储存机构2、多级升降机构3、摆动旋转机构4的驱动下进行二个方向的平移运动、垂直升降运动和三个方向的旋转运动。

上述平移行走机构的结构如图2至图4所示，其包括左右行走机构和前后行走机构；左右行走机构包括固定安装在建筑承重结构6上的左右平移导轨110，左右行走钢架18，安装在左右行走钢架18上左右行走轮19，以及驱动左右行走钢架18沿左右平移导轨110行走的左右驱动机构112，左右行走轮19的轮面抵靠于左右平移导轨110；前后行走机构包括前后平移导轨，前后行走钢架15，安装在前后行走钢架15上前后行走轮13，以及驱动前后行走钢架15沿前后平移导轨行走的前后驱动机构111，前后行走轮13的轮面抵靠于前后平移导轨。

左右驱动机构112上设置有左右平移齿轮113，左右平移导轨110上设置有与左右平移齿轮113相啮合的左右平移齿条16；齿轮齿条的啮合传动保证了移动时的稳定性，定位的准确性，和更高的安全性。

前后驱动机构111上设置有前后平移齿轮114，前后平移导轨上设置有与前后平移齿轮114相啮合的前后平移齿条14；齿轮齿条的啮合传动保证了移动时的稳定性，定位的准确性，和更高的安全性。

前后平移导轨与左右平移导轨110采用上下层设置。

前后平移导轨包括前后导轨12和与前后导轨12连接或者断开的固定导轨11，固定导轨11固定安装在左右行走钢架18上，前后导轨12固定安装在建筑承重结构6上。

固定导轨11与前后导轨12之间设置有锁定机构17，保证前后导轨和固定导轨的轨道面完全吻合对齐，保证前后移动时的平稳与准确。

上述提升储存机构的结构如图5和图6所示，其包括固定安装在上述前后行走钢架15上的升降小钢架23，安装在升降小钢架23上的提升驱动机构24，与提升驱动机构24相连接的传动机构，以及设置于升降小钢架23内的升降钢架21，升降钢架21在提升驱动机构24和传动机构的驱动下在升降小钢架23内进行提升运动。

传动机构为两组，两组传动机构之间设置有两个相啮合的第五齿轮26，每组传动机构均与一个第五齿轮26相连接，其中一个第五齿轮26安装于提升驱动机构24的输出轴上。该两组传动机构分别设置于升降钢架的两侧，保证升降钢架提升时的稳定性。

每组传动机构包括与第五齿轮26同轴设置的小链轮25，通过第三链条27与小链轮25相配合的大链轮28，通过传动轴29与大链轮28同轴设置的小齿轮210，以及固定安装在升降钢架21上的齿条22，传动轴29安装在升降小钢架23上，齿条22与小齿轮210相啮合。

升降小钢架23上设置有用于调整第三链条松紧的调整机构；链条调整机构包括活动安装在升降小钢架23的张紧轮212，张紧轮212与第三链条27相啮合，调整时，通过调整张紧轮的位置，保证第三链条处于张紧状态。

升降小钢架23上安装有背轮211，背轮211抵靠于齿条22，保证齿条和小齿轮最佳啮合距离，提高工作稳定性和安全性。

上述多级升降机构的结构如图7至图10所示，其包括设置在升降钢架21内的外钢架31，设置于外钢架31内的内钢架37，固定安装在外钢架31上的升降驱动机构313，通过齿轮分动箱314与升降驱动机构313相连接的上链条传动机构，外钢架31、内钢架37在升降驱动机构313和上链条传动机构的驱动下进行升降运动。

上链条传动机构包括与齿轮分动箱314相连接的传动轴315，固定安装在传动轴315上的上链轮32，与上链轮32相啮合的第一链条341，第一链条341的一端固定安装在升降钢架21上，另一端固定安装在内钢架37上。

多级升降机构还包括下链条传动机构，下链条传动机构包括安装在外钢架31上的下链轮36以及与下链轮36相啮合的第二链条342，第二链条342的一端固定安装在升降钢架21上，另一端固定安装在内钢架37上。通过采用这种复式设置上、下传动机构，驱动机构313可同时驱动外钢架31与内钢架37进行升降运动，其中内钢架的升降速度和行程都是外钢架的2倍，且整个装置的结构更紧凑，运行也更平稳、可靠、安全。

第一链条341通过外链条调整座33固定安装在升降钢架21上，通过内链条调整座35固定安装在内钢架37上；第二链条342也通过外链条调整座33固定安装在升降钢架21上，通过内链条调整座35固定安装在内钢架37上。链条调整座不仅用于固定链条，也可使各链条受力平衡并处于张紧状态，以满足运动所需。

外钢架31上固定安装有内导轨310，内钢架37上固定安装有与内导轨310相配合的内导靴311；升降钢架21上固定安装有外导轨38，外钢架31上固定安装有与外导轨38相配合的外导靴39。导轨与导靴的设置，保证内、外钢架在运动时的稳定性。

上述摆动旋转机构如图11至图13所示，其包括安装在内钢架37上的左右摆动机构，安装于左右摆动机构上的前后摆动机构，以及安装于前后摆动机构上的旋转运动机构。

左右摆动机构包括有动力装置，该动力装置可驱动在其下方的链轮41正转或者反转，在链轮41的下方设置有摆轮42，上述链轮41与摆轮42之间通过第四链条43相连，上述第四链条43的两端分别通过固定装置固定在摆轮42的两端，上述在链轮41与摆轮42之间设置有张紧装置，该张紧装置与第四链条43相配合，上述双向旋转装置固定安装在摆轮42下部，随摆轮42的摆动而摆动。上述左右摆动机构的动力装置为左右摆动驱动机构424，左右摆动驱动机构424的轴端设置有第三齿轮423，第三齿轮423与第四齿轮422相啮合，第四齿轮422与上述链轮41同轴连接，当开启左右摆动驱动机构424时，通过第三齿轮、第四齿轮的啮合驱动链轮的转动，从而带动摆轮的摆动。该左右摆动机构的摆动角度为-45°～+45°。

上述前后摆动机构包括有固定安装在第一安装板410上的前后摆动驱动机构411及第一回转支撑内圈412，该第一回转支撑内圈412外部设有与其转动配合的第一回转支撑外圈413，上述第一回转支撑外圈413通过连接板414固定安装在摆轮上，安装在上述前后摆动驱动机构413轴端的第一齿轮420与第一回转支撑外圈413的外圈第一齿轮啮合，前后摆动驱动机构411驱动后，第一齿轮420绕着与之啮合的第一回转支撑外圈413的外齿圈I旋转，从而带动第一回转支撑内圈412在第一回转支撑外圈413内旋转。该第一安装板410上开有与前后摆动驱动机构411输出轴同轴的通孔，该通孔内安装有轴承149，前后摆动驱动机构411的轴端插入到轴承149内。上述前后摆动机构的摆动角度为-60°～+90°，向后摆动为-，向前摆动为+。

旋转运动机构包括有与第一安装板410固定连接的第二安装板415，第二安装板415下侧固定安装有第二回转支撑内圈416，该第二回转支撑内圈416外设置有与其转动配合的第二回转支撑外圈417，上述第二安装板415上安装有驱动第二回转支撑外圈417旋转的旋转驱动机构418，安装在旋转驱动机构418的第二齿轮421与第二回转支撑外圈417的外圈第二齿轮啮合，旋转驱动机构418驱动后，第二回转支撑外圈417在第二回转支撑内圈416外旋转并带动LED显示屏或者大型道具转动。旋转运动机构的旋转角度为-135°～+135°。

上述张紧装置包括有与第四链条43相配合的固定链轮44及活动链轮45，活动链轮45被安装在一活动杆46上，该活动链轮45可随第四链条43的拉动而转动，活动杆46一侧设置有调节螺栓47，调节螺栓47对所述活动链轮45的位置进行调整，以便保证链条处于张紧状态。

上述固定装置由一固定块48及固定螺栓49组成，所述第四链条43的端部通过连接销与固定块48固定连接，该固定块48通过固定螺栓49固定在圆弧形摆轮42的弧形端面上。

上述安装钢架5的结构如图14和图15所示，其包括与安装在上述第二回转支撑外圈417上的连接盘52，用于固定安装LED显示屏或大型道具的架体51，以及钢板网53，该连接盘52一体成型在架体51上。

工作时，驱动左右平移驱动，左右平移机构带动LED显示屏或大型道具进行左右平移运动，当运动至左右平移导轨与前后平移导轨的交接处，采用锁紧机构将前后导轨锁定，驱动前后平移驱动，前后平移机构带动LED显示屏或大型道具进行前后平移运动；驱动提升驱动机构，提升储存机构带动LED显示屏或大型道具进行上下平移运动，驱动升降驱动机构，多级升降机构进一步带动LED显示屏或大型道具进行上下平移运动；驱动左右摆动驱动机构，左右摆动机构带动LED显示屏或大型道具进行左右旋转运动，驱动前后摆动驱动机构，前后摆动机构带动LED显示屏或大型道具进行前后旋转运动，驱动旋转驱动机构，旋转运动机构带动LED显示屏或大型道具进行旋转运动以调整LED显示屏或大型道具的角度，上述驱动机构某些可以同时驱动，提高LED显示屏或大型道具调整速度；当不使用LED显示屏或大型道具时，将LED显示屏或大型道具上升至舞台高空存储，不影响其它设备的正常运行。本发明实现了多维运动模式即三个方向的直线运动和三个方向的旋转运动，满足了舞台演出的各种需要，并将LED显示屏或大型道具以最佳的位置、高度、角度呈现给现场观众。

舞台的建筑承重结构上可以同时设置多台上述悬挂式多维运动机械臂，使用多台时，无论是配合演员表演还是视频场景变化，都给观众呈现了更为壮观和震撼的场面。

以上仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种悬挂式多维运动机械臂，其特征在于：所述悬挂式多维运动机械臂包括安装在舞台上空建筑承重结构(6)上的平移行走机构(1)，安装在所述平移行走机构(1)上的提升储存机构(2)，安装在所述提升储存机构(2)上的多级升降机构(3)，安装在所述多级升降机构(3)上的摆动旋转机构(4)，安装在所述摆动旋转机构(4)上的安装钢架(5)，所述安装钢架(5)上安装有LED显示屏或大型道具；所述LED显示屏或大型道具在所述平移行走机构(1)、提升储存机构(2)、多级升降机构(3)、摆动旋转机构(4)的驱动下进行二个方向的平移运动、垂直升降运动和三个方向的旋转运动；

所述平移行走机构(1)包括左右行走机构和前后行走机构；所述左右行走机构包括固定安装在建筑承重结构(6)上的左右平移导轨(110)，左右行走钢架(18)，安装在左右行走钢架(18)上左右行走轮(19)，以及驱动左右行走钢架(18)沿左右平移导轨(110)行走的左右驱动机构(112)，左右行走轮(19)的轮面抵靠于左右平移导轨(110)；所述前后行走机构包括前后平移导轨，前后行走钢架(15)，安装在前后行走钢架(15)上前后行走轮(13)，以及驱动前后行走钢架(15)沿前后平移导轨行走的前后驱动机构(111)，前后行走轮(13)的轮面抵靠于前后平移导轨；

所述提升储存机构(2)包括固定安装在上述前后行走钢架(15)上的升降小钢架(23)，安装在升降小钢架(23)上的提升驱动机构(24)，与提升驱动机构(24)相连接的传动机构，以及设置于升降小钢架(23)内的升降钢架(21)，升降钢架(21)在提升驱动机构(24)和传动机构的驱动下在升降小钢架(23)内进行提升运动；

所述多级升降机构(3)包括设置在所述升降钢架(21)内的外钢架(31)，设置于外钢架(31)内的内钢架(37)，固定安装在外钢架(31)上的升降驱动机构(313)，通过齿轮分动箱(314)与升降驱动机构(313)相连接的上链条传动机构，外钢架(31)、内钢架(37)在升降驱动机构(313)和上链条传动机构的驱动下进行升降运动；

所述摆动旋转机构(4)包括安装在所述内钢架(37)上的左右摆动机构，安装于左右摆动机构上的前后摆动机构，以及安装于前后摆动机构上的旋转运动机构。

2.根据权利要求1所述的悬挂式多维运动机械臂，其特征在于：所述摆动旋转机构(4)包括安装在所述多级升降机构(3)上的左右摆动机构，安装于所述左右摆动机构上的前后摆动机构，以及安装于所述前后摆动机构上的旋转运动机构。

3.根据权利要求2所述的悬挂式多维运动机械臂，其特征在于：所述安装钢架(5)包括与所述旋转运动机构相连接的连接盘(52)，以及用于固定安装所述LED显示屏或大型道具的架体(51)，所述连接盘(52)一体成型在所述架体(51)上。

4.根据权利要求2所述的悬挂式多维运动机械臂，其特征在于：所述左右摆动机构的摆动角度为-45°～+45°。

5.根据权利要求2所述的悬挂式多维运动机械臂，其特征在于：所述前后摆动机构的摆动角度为-60°～+90°。

6.根据权利要求2所述的悬挂式多维运动机械臂，其特征在于：所述旋转运动机构的旋转角度为-135°～+135°。