CN105781153B - 多自由度协同运动的组合动感舞台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度协同运动的组合动感舞台，包括多个逐个依次嵌套式结合或拼接式接合的中心舞台、内圈舞台和外圈舞台，用于驱动所述各个舞台的驱动装置以及检测系统和主控制系统，所述驱动装置包括有针对每个舞台而设置的独立驱动装置，所述独立驱动装置能够分别控制所述中心舞台和内圈舞台作升降、倾斜和旋转功能，并能够沿运动范围内的轨迹实现独立运动，所述独立驱动装置能同步驱动所述中心舞台和内圈舞台实现一整体的运动，所述外圈舞台连接对应的独立舞台而具有升降功能。

Description

多自由度协同运动的组合动感舞台

技术领域

本发明涉及剧场中的舞台表演设施，更具体地说，涉及一种多自由度协同运动的组合动感舞台。

背景技术

目前有的是能够实现多个自由度运动(升降、平移、倾斜、旋转)的单个舞台，但是还没有能够实现多自由度独立和组合整体运动的动感舞台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多自由度协同运动的组合动感舞台，用于实现以往无法实现的演出效果，以增加观众吞吐量。

本发明中多自由度协同运动的组合动感舞台包括用于驱动各个舞台动作的驱动装置以及相应的检测系统和主控制系统，所述组合动感舞台还包括以依次嵌套式结合或拼接式接合的中心舞台、一个或一个以上的内圈舞台和外圈舞台，所述驱动装置包括有针对中心舞台设置的第一独立驱动装置，针对所述内圈舞台设置的第二独立驱动装置，针对所述外圈舞台设置的第三独立驱动装置，所述第一独立驱动装置和第二独立驱动装置能够分别控制所述中心舞台和内圈舞台作升降、倾斜和/或旋转功能，以及沿运动范围内的轨迹实现独立运动，还能同步驱动所述中心舞台和内圈舞台实现视觉上的整体运动，所述外圈舞台由第三独立驱动装置驱动而具有升降功能。

所述中心舞台位于组合动感舞台的中心位置；所述内圈舞台环绕于所述中心舞台外侧；所述外圈舞台由多块独立的舞台拼接组合而成，并围设在所述内圈舞台的外围，在所述内圈舞台与所述中心舞台的舞台面之间留有间隙。

所述间隙的宽度在1-3厘米之间。

所述中心舞台的台面呈正方形、长方形、圆形、椭圆形、星形、多边形或不规则的形状。

所述内圈舞台的舞台面呈与所述中心舞台台面同心的正方形环、长方形环、圆环状、椭圆形环状、星形环状、多边形或不规则的环状，中间形成一个用于安装所述中心舞台的类似台仓的空间。

所述中心舞台包括有中心舞台面、用于支撑中心舞台面的上层结构和用于支撑上层结构的下层结构，所述第一独立驱动装置包括有安装在所述中心舞台面下表面中心位置与所述上层结构之间的万向联轴节；安装在所述中心舞台面下表面的液压油缸，所述液压油缸的另一端连接在所述上层结构上，通过液压油缸的伸缩运动实现中心舞台面的倾斜动作；安装在中心舞台上层结构与下层结构之间的回转支承，以及安装在所述下层结构与所述内圈舞台之间供所述中心舞台沿所述内圈舞台作升降运动的升降机构。

所述内圈舞台包括有呈“回”字形形状的舞台面和第二独立驱动装置，所述第二独立驱动装置分为3层结构，分别为上层倾斜结构，下层倾斜结构和内圈舞台升降结构。

所述上层倾斜结构上表面的一侧安装有上层倾斜铰点，另一侧安装有上层倾斜油缸，下层倾斜结构通过下层倾斜铰点和下层倾斜油缸与上层倾斜结构连接，所述下层倾斜铰点与所述上层倾斜铰点分别安装于不同方位。

所述下层倾斜结构与所述内圈舞台升降结构之间安装有内圈舞台回转机构，所述内圈舞台升降结构安装在升降立柱上，所述升降立柱的底部带有导向机构。

在所述外圈舞台的下方设有一层道具布景层。

本发明中的多自由度协同运动的组合动感舞台可以是中心动感舞台和若干层外圈动感舞台的嵌套，也可以是多个动感舞台的拼合，每一个动感舞台，都可以分别实现多自由度(2～6个，例如倾斜、旋转、平移、升降等)的运动，同时，也能够组成一整体，或者组成若干个整体，实现整体的协同运动。

本发明有益效果是：由于动感舞台提供了多个自由度运动的功能，布景、人员和道具可以通过从舞台下方向台上进行运输，因此后台可以设置在舞台下方，而非舞台背后。因此得以在更大的角度范围内，布置观众席，大幅增加观众吞吐量并强化沉浸感，并提供给各个位置的观众不同的视角和观演体验。同时本发明提供了一种更加灵活和多功能的舞台，提供给艺术家更大的创作空间，以呈现全新的舞台表演效果。

附图说明

图1是本发明中组合动感舞台的结构示意图。

图2是本发明中组合动感舞台的俯视示意图。

图3是本发明中中心舞台的结构示意图。

图4是本发明中中心舞台呈倾斜状态时的结构示意图。

图5是图3中沿A-A线的剖视示意图。

图6是图3中沿B-B线的剖视示意图。

图7是本发明中内圈舞台的俯视示意图。

图8是本发明中内圈舞台的侧视结构示意图。

图9是图8中沿C-C线的剖视示意图。

图10是本发明中内圈舞台的上层倾斜结构与舞台面的结构示意图。

图11是图10中舞台面呈倾斜状的结构示意图。

图12是图8中沿D-D线的剖视示意图。

图13是图8中沿E-E线的剖视示意图。

图14是本发明中主控制系统的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明中的具体实施例作详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例中的各特征可以相互结合，形成多个不同的实施例。

如图1和图2所示，本发明中多自由度协同运动的组合动感舞台包括检测系统和主控制系统，以及从内往外依次嵌套的中心舞台100、内圈舞台200和外圈舞台300，即中心舞台100，内圈舞台200和外圈舞台300依次从中心向外布置。其中外圈舞台300由多块舞台拼接组合而成，本实施例中由八块独立的舞台围设在内圈舞台200的外围，每块舞台可以独立的升降，也可以同步地升降，以避免在内圈舞台200进行倾斜和旋转运动时与之发生干涉。外圈舞台300由第三独立驱动装置驱动作升降运动，该第三独立驱动装置使用公知的刚性链、大螺旋或者齿轮齿条等升降方式，不再赘述。

内圈舞台200可以是一个，也可以是一个以上相互套设且相对独立的舞台。并且中心舞台100、内圈舞台200和外圈舞台300也可以并排排列而成。本发明以相互嵌套结构及一个内圈舞台为例加以了说明。

如图1、图3和图5所示，中心舞台100为一具有升降、倾斜和旋转功能的动感舞台。其包括有中心舞台面101、用于支撑中心舞台面101的上层结构112和用于支撑上层结构112的下层结构113。如图1所示，中心舞台的台面101呈正方形，当然也可以是长方形、圆形、椭圆形、星形、多边形或不规则的形状，中心舞台面101在其下表面的中心位置通过万向联轴节114安装于上层结构112上，利用万向联轴节114可以使中心舞台面101作任意角度的倾斜动作。在中心舞台面101下表面的四个角上分别安装有液压油缸102，液压油缸102的另一端连接在上层结构112上，通过四个液压油缸102的伸缩运动实现中心舞台面101的倾斜动作。具体是通过中心舞台面101一侧的两个液压油缸102收缩，对侧的液压油缸102伸长，实现倾斜动作，如图4所示。从而可以理解通过适当地组合四个液压油缸102的伸缩运动，以实现中心舞台面101沿XY轴线的任意倾斜动作。

如图3和图6所示，中心舞台100的上层结构112通过回转支承107安装于下层结构113上，利用回转支承107使得中心舞台100的上层结构112可相对于下层结构作113作任意旋转。回转支承107由中心舞台旋转机构驱动，中心舞台旋转机构由中心舞台旋转电动机108、中心舞台旋转减速机109、中心舞台制动器110和中心舞台旋转齿轮111组成，由舞台控制系统统一协调控制。组成中心舞台旋转机构的中心舞台旋转电动机108、中心舞台旋转减速机109、中心舞台制动器110和中心舞台旋转齿轮111均采用市售成熟产品，在此不再详细描述。由万向联轴节114、液压油缸102、回转支承107以及用于驱动中心舞台作升降运动的升降机构组成中心舞台100的第一独立驱动装置。

如图3所示，第一独立驱动装置中的升降机构包括有中心舞台升降电动机103、中心舞台升降减速机104、中心舞台升降制动器105和中心舞台升降齿轮106，用于驱动中心舞台100的升降齿轮106沿着安装在内圈舞台200内壁面上的内圈舞台齿条201相对于内圈舞台200实现升降运动，如图1所示。

如图7、图8所示，内圈舞台200包括有舞台面202和第二独立驱动装置，其中舞台面202与呈正方形中心舞台台面101相对应，呈“回”字形形状，当然，也可以与中心舞台台面101其他不同的形状相对应，呈与中心舞台台面同心的长方形环、圆环状、椭圆形环状、星形环状、多边形或不规则的环状，内圈舞台200中间形成一个用于安装中心舞台100的类似台仓的空间。当中心舞台100下降至最低位置时，中心舞台100的舞台表面101与内圈舞台200的舞台面202齐平，在视觉上形成一个整体平面。

供中心舞台100升降用的内圈舞台齿条201安装于内圈舞台200形成的台仓内侧，中心舞台100可以沿着内圈舞台齿条201进行升降运动。

如图1和图8所示，第二独立驱动装置分为3层结构，分别为上层倾斜结构204，下层倾斜结构207和内圈舞台升降结构210。其中：上层倾斜结构204上表面的一侧安装有上层倾斜铰点203，另一侧安装有上层倾斜油缸205，如图9所示。上层倾斜结构204通过上层倾斜铰点203和上层倾斜油缸205与内圈舞台200的舞台面202的下表面连接，用于支撑舞台面202并驱动舞台面202作倾斜运动。

如图10和图11所示，当上层倾斜油缸205处于收缩位置时，内圈舞台的舞台面202相对于上层倾斜结构204呈水平状态，当上层倾斜油缸205伸长时，内圈舞台200围绕着上层倾斜铰点203倾斜。

如图12所示，下层倾斜结构207通过下层倾斜铰点206和下层倾斜油缸208与上层倾斜结构204连接。其围绕着下层倾斜铰点206的倾斜动作，下层倾斜铰点206与上层倾斜铰点203的安装方位不同，使得舞台面202可作不同方向的倾斜，甚至通过适当地组合倾斜动作，可以实现任意角度的倾斜。至于倾斜的原理与上层倾斜结构203相同，在此不再赘述。

如图12和图13所示，内圈舞台回转机构209可驱动下层倾斜结构207相对于内圈舞台升降结构210回转。内圈舞台回转机构209包括电动机、减速机、制动器和输出齿轮，以实现下层倾斜结构207的可控回转运动和制动。其结构和实现方式与中心舞台100类似，在此不再赘述。

如图8和图13所示，内圈舞台升降结构210安装在四根升降立柱400上，每根升降立柱400的底部带有导向机构，以确保内圈舞台升降结构210可以沿着内圈舞台的升降立柱400进行升降运动。通过内圈舞台升降机构210的升降动作可以实现内圈舞台200整体的升降动作，具体的实现方式可以为公知的钢丝绳牵引电梯的驱动方式，也可以是公知的齿轮齿条式电梯的驱动方式，在内圈舞台升降机构210可以包含配重系统，以降低能耗。

如图1所示，在外圈舞台300的下方设有一层道具布景层500，当外圈舞台300和内圈舞台200降下至该层时，可以从道具布景层500上向各舞台面运送道具、布景和演员。

本发明多自由度协同运动的组合动感舞台中设置的控制系统包括有舞台实时定位系统、信号接收系统以及闭环控制系统，是由计算机依据3D模型根据演出需求预编排各个机构的动作，经系统模拟运行，确认无干涉和碰撞之后，生成对于各个机构的控制指令信号，各个运动机构依照控制指令执行后，如图14所示，各机构中设置的位置传感器和实时定位系统反馈实际各个机构及舞台的运动情况，对比预期的运动状况，并对误差进行修正。当误差超过一定范围时，控制系统将触发安全停止功能，停止各个机构的运动，确保安全。

其中舞台实时定位系统是基于红外线、zigbee、WLAN或者UWB的信号系统。同时在中心舞台100，内圈舞台200以及外圈舞台300上安装有主动发射的信号导标，用以明确地标识舞台的位置。在各舞台工作时不间断地发送信号，以供接收系统识别和确定舞台的位置。

信号接收系统用于接收信号导标发出的信号，并依据接收到的信号时间差(类似于GPS的原理)，通过控制程序运算，在控制系统计算机内重新实时生成各个舞台的位置信息。

闭环控制系统是在计算机上建立与本发明实践相一致的3D模型，并且控制系统的程序带有3D建模和碰撞检测系统，以根据实时定位系统的信号，模拟和检测各个舞台的运动情况以避免干涉和碰撞。

本发明中多自由度协同运动的组合动感舞台在控制系统的协调控制下，再配合其他灯光、视频、投影、布景、特效和机械特殊效果，例如风要素、雾要素、灯光要素等等，从而可与舞台结合而呈现特殊效果。下面列出几种具体的效果：

当中心舞台100的舞台面101下降到内圈舞台200的舞台面202表面齐平，不仅可以实现视觉上的整体性，而且通过控制系统的协调控制，可以使中心舞台100随着内圈舞台200一起实现倾斜、旋转和升降动作。

当中心舞台100需要进行独立动作时，将中心舞台100先升起一个适当的高度，高出内圈舞台1米至4米之间，由检测系统和控制系统控制中心舞台100实施升降、倾斜和旋转功能，即中心舞台100可以自由实现相对内圈舞台200的倾斜和旋转动作，同时不与内圈舞台200发生干涉或碰撞。

当内圈舞台200需要进行回转动作时，首先将外圈舞台300下降至道具布景层500，内圈舞台100可以升高，露出内圈舞台的舞台面202，也可以下降至道具布景层500，然后进行内圈舞台200的回转动作，从而不会与中心舞台100、以及外圈舞台300或者建筑结构干涉。

当内圈舞台200需要进行倾斜动作时，首先将外圈舞台300中对应的一片或多片舞台下降至道具布景层500，以避免与将进行倾斜动作的内圈舞台200干涉，然后内圈舞台200即可以进行倾斜动作。应当注意的是，也可以在内圈舞台200运动前，将所有的外圈舞台300降下。这将取决于艺术表演需求。

当内圈舞台200进行回转运动时，中心舞台100可以呈升起状态并连同内圈舞台200一起进行回转运动。当然中心舞台100在升起状态下也可以不回转或回转的速度与内圈舞台200不同，如此可以在视觉上形成中心舞台100随内圈舞台200一起回转；当中心舞台100升起并与内圈舞台200同向回转时，视觉上中心舞台100将以比内圈舞台200更快的速度，同向回转；当中心舞台100升起并以与内圈舞台200同样的角速度反方向回转时，视觉上中心舞台100将保持不动，内圈舞台200在进行回转运动。

当内圈舞台200进行倾斜运动时，中心舞台100可以升起并同样进行同样角速度反方向倾斜运动。视觉上中心舞台100将保持水平不动，内圈舞台200在进行倾斜运动。同样可以理解的是，当内圈舞台200进行倾斜后，并进行回转运动时，中心舞台100可以升起并同样进行相应的倾斜和旋转动作，以使得在视觉上中心舞台100保持水平不动，内圈舞台200在进行倾斜和旋转的复合运动。

另，在各个舞台之间及空隙处均设置有主动/被动的安全护网装置，以防止演员跌落风险。在各个独立驱动装置上安装有位置传感器、重量传感器等各类安全控制元件，对于各个机构的工作进行检测。

本发明中的控制系统，由计算机依据3D模型，根据演出需求预编排各个机构的动作，经系统模拟运行，确认无干涉和碰撞之后，生成对于各个机构的控制指令信号，各个运动机构依照控制指令执行后，位置传感器和实时定位系统反馈实际各个机构及舞台的运动情况，对比预期的运动状况，并对误差进行修正。当误差超过一定范围时，控制系统将触发安全停止功能，停止各个机构的运动，确保安全。

上述实例只是列举本发明实施例常用的几种运动方式，应当理解的是，在其功能范围内，可以依据演艺的需求实现任意的组合和搭配。

虽然本发明已经结合当前被认为是最实际且优选的实施方式被说明，但是要理解的是，本发明不局限于本文所公开的这些实施方式。而是，本发明旨在涵盖被包括在所附权利要求的精神和范围内的全部的各种修改和等同布置。

综上所述，本发明中实例中仅仅是列举本发明实施例常用的几种运动方式，应当理解的是，在其功能范围内，可以依据演艺的需求实现任意的组合和搭配。

Claims (9)

1.一种多自由度协同运动的组合动感舞台，包括用于驱动各个舞台动作的驱动装置以及相应的检测系统和主控制系统，其特征在于，所述组合动感舞台还包括以依次嵌套式结合或拼接式接合的中心舞台、一个或一个以上的内圈舞台、外圈舞台，所述驱动装置包括有针对中心舞台设置的第一独立驱动装置，针对所述内圈舞台设置的第二独立驱动装置，针对所述外圈舞台设置的第三独立驱动装置，所述第一独立驱动装置和第二独立驱动装置能够分别控制所述中心舞台和内圈舞台作升降、倾斜和/或旋转功能，以及沿运动范围内的轨迹实现独立运动，还能同步驱动所述中心舞台和内圈舞台实现视觉上的整体运动，所述外圈舞台由第三独立驱动装置驱动而具有升降功能；

所述中心舞台包括有中心舞台面、用于支撑中心舞台面的上层结构和用于支撑上层结构的下层结构，所述第一独立驱动装置包括有安装在所述中心舞台面下表面中心位置与所述上层结构之间的万向联轴节；安装在所述中心舞台面下表面的液压油缸，所述液压油缸的另一端连接在所述上层结构上，通过液压油缸的伸缩运动实现中心舞台面的倾斜动作；安装在中心舞台上层结构与下层结构之间的回转支承，以及安装在所述下层结构与所述内圈舞台之间供所述中心舞台沿所述内圈舞台作升降运动的升降机构；

所述内圈舞台包括有呈“回”字形形状的舞台面和第二独立驱动装置，所述第二独立驱动装置分为3层结构，分别为上层倾斜结构，下层倾斜结构和内圈舞台升降结构；

所述上层倾斜结构上表面的一侧安装有上层倾斜铰点，另一侧安装有上层倾斜油缸，下层倾斜结构通过下层倾斜铰点和下层倾斜油缸与上层倾斜结构连接，所述下层倾斜铰点与所述上层倾斜铰点分别安装于不同方位。

2.根据权利要求1所述的多自由度协同运动的组合动感舞台，其特征在于，所述中心舞台位于组合动感舞台的中心位置；所述内圈舞台环绕于所述中心舞台外侧；所述外圈舞台由多块独立的舞台拼接组合而成，并围设在所述内圈舞台的外围，在所述内圈舞台与所述中心舞台的舞台面之间留有间隙。

3.根据权利要求2所述的多自由度协同运动的组合动感舞台，其特征在于，所述间隙的宽度在1-3厘米之间。

4.根据权利要求1所述的多自由度协同运动的组合动感舞台，其特征在于，所述中心舞台的台面呈圆形、椭圆形、星形、多边形或不规则的形状。

5.根据权利要求1所述的多自由度协同运动的组合动感舞台，其特征在于，所述中心舞台的台面呈正方形或长方形。

6.根据权利要求4所述的多自由度协同运动的组合动感舞台，其特征在于，所述内圈舞台的舞台面呈与所述中心舞台台面同心的圆环状、椭圆形环状、星形环状、多边形环状或不规则环状，中间形成一个用于安装所述中心舞台的空间。

7.根据权利要求5所述的多自由度协同运动的组合动感舞台，其特征在于，所述内圈舞台的舞台面呈与所述中心舞台台面同心的正方形环或长方形环，中间形成一个用于安装所述中心舞台的空间。

8.根据权利要求1所述的多自由度协同运动的组合动感舞台，其特征在于，所述下层倾斜结构与所述内圈舞台升降结构之间安装有内圈舞台回转机构，所述内圈舞台升降结构安装在升降立柱上，所述升降立柱的底部带有导向机构。

9.根据权利要求1所述的多自由度协同运动的组合动感舞台，其特征在于，在所述外圈舞台的下方设有一层道具布景层。