CN208315155U - 浮球矩阵式展示装置 - Google Patents

Abstract

一种浮球矩阵式展示装置，包括：一体化运动控制器，包括一体化顺序安装的电机、编码器以及驱动器，所述电机与电机同步轮连接；排线机构，包括绕线轮毂、排线滑块、丝杆及滑块导向轴，所述绕线轮毂及丝杆的同一侧设有丝毂同步轮及丝杆同步轮；同步带，张紧于电机同步轮、丝毂同步轮和丝杆同步轮的外侧；线缆，从绕线轮毂下来后穿过排线滑块，线缆的一端固定于绕线轮毂，另一端连接悬挂物；以及控制端，用以控制电源输入及发送灯光控制信号给一体化运动控制器；所述电机同步轮的直径小于丝毂同步轮的直径，如此设计，绕线轮毂带动的负载远大于电机直接带动的负载，如此可以实现大负载运行，同时也便于带动大功率电机旋转及减小装置整体体积。

Description

浮球矩阵式展示装置

技术领域

本实用新型涉及悬挂物展示展览领域，尤其涉及一种实现大负载的浮球矩阵式展示装置。

背景技术

浮球矩阵是近几年诞生的一种机械与艺术结合的展示形式。以千百台电机通过绳索带动装饰物做上下垂直运动，通过电脑程序控制来实现各种立体的图形效果的变幻，加之灯光音响媒体的配合给观众带来影音和视觉冲击，展示场面宏大、气势恢宏、立体感很强，可显示文字、图形、变幻动画等，可应用于商场大厅、酒店、展馆、活动现场等场所，已越来越得到文创与时尚产业的青睐，市场规模宏大。

浮球矩阵集成了分布式运动控制、步进伺服控制技术、机械结构、计算机程序、图形像素、视觉艺术和音乐表现等多种学科的技术，每个小球在计算机的控制下井然有序地运动，演绎着曲线、曲面、平面、文字和三维图案等各种动态造型，整体效果如同一副流光溢彩的立体画，是科技与艺术的完美结合，是当今新媒体现代艺术演示的最新成果。

浮球矩阵式展示装置悬挂的不仅有小球，还有带灯光的球灯、灯管、以及其他艺术造型的悬挂物，而不管悬挂物是哪种，都是比较轻质的。目前主流的浮球矩阵式展示装置的悬挂物的最大负载为1Kg，如果超过额定负载，电机会有堵转风险，这就限制了艺术设计范围，不能满足大负载需求。如需加大浮球矩阵式展示装置的悬挂物负载，则必定要采用大功率电机，电机体积增大，导致展示装置的模组体积相应增大，这就需要较大的安装空间，或者无法完全隐藏模组，影响最终的展示效果。浮球矩阵式展示装置的复杂内部结构，不利于生产厂商进行快速故障排除，且不利于浮球矩阵的长期稳定运行，而其稳定性又是用户最为看重的问题。

因此，有必要设计一种改进的浮球矩阵式展示装置以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有大负载、小体积，结构简单、系统运行稳定的浮球矩阵式展示装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种浮球矩阵式展示装置，包括：一体化运动控制器，所述一体化运动控制器包括一体化顺序安装的电机、编码器以及驱动器，所述电机通过电机轴与电机同步轮配合，用以驱动电机同步轮旋转；排线机构，所述排线机构包括绕线轮毂、排线滑块、丝杆及滑块导向轴，所述绕线轮毂一侧设有位于电机同步轮下方的丝毂同步轮，所述丝杆一侧设有位于丝毂同步轮下方的丝杆同步轮，所述丝杆旋转时能够驱动排线滑块沿滑块导向轴左右移动；同步带，所述同步带张紧于电机同步轮、丝毂同步轮和丝杆同步轮的外侧；外壳，所述外壳遮盖于一体化运动控制器与排线机构外侧；线缆，所述线缆的一端固定于绕线轮毂，另一端伸出外壳，用以连接悬挂物，所述线缆从绕线轮毂下来后穿过排线滑块；以及控制端，所述控制端用以控制电源输入及发送灯光控制信号给一体化运动控制器；其中，所述电机同步轮的直径小于丝毂同步轮的直径。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述电机同步轮与丝毂同步轮的直径比为1：4。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述丝毂同步轮与丝杆同步轮的直径比为3：2。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述排线滑块包括塑料滑块、丝母轴、导轮安装板、第一组导线轮及一组拨线轮，所述第一组导线轮安装于导轮安装板上，而且平行于丝杆轴向安装，所述塑料滑块与丝母轴配合，所述塑料滑块套设于丝杆上，所述丝母轴套设于滑块导向轴上，便于沿滑块导向轴左右滑动，所述拨线轮安装于塑料滑块内，所述拨线轮位于第一组导线轮与丝杆上方，而且垂直于丝杆轴向安装，所述线缆从绕线轮毂下来后穿过拨线轮，然后垂直进入导线轮。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述浮球矩阵式展示装置还包括导线机构，所述导线机构包含固定座、第二组导线轮及线导向柱，所述第二组导线轮安装于固定座上，并且平行于丝杆轴向安装，所述线导向柱伸出外壳，所述线缆从排线机构下来后进入第二组导线轮，然后垂直进入线导向柱，最后伸出外壳。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述电机同步轮和丝毂同步轮之间设有惰轮，所述同步带同时张紧在惰轮上，所述惰轮用于改变同步带运动方向，保证同步带只与丝毂同步轮在一侧接触。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述丝毂同步轮和丝杆同步轮之间设有张紧架和轴承销，所述张紧架固定于轴承销上，所述张紧架用于张紧同步带。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述浮球矩阵式展示装置还包括用以电机快速制动的电磁刹车，所述电磁刹车悬于电机同步轮外侧，且与电机轴配合。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述浮球矩阵式展示装置包括左右间隔开的第一基座板和第二基座板，所述第一基座板和第二基座板通过支撑柱固定间距，所述第一基座板内设有电气连接电磁刹车与一体化运动控制器的第一PCB板，所述电机同步轮、丝毂同步轮和丝杆同步轮位于第一基座板的外侧，所述丝杆及滑块导向轴的左右两端安装于第一、第二基座板。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述第二基座板内侧安装有第二PCB板及与第二PCB板电气连接的主线圈，所述第二PCB板与一体化运动控制器电气相连，用以实现对悬挂物的供电和灯光信号传输，所述绕线轮毂内部安装有第三PCB板及充电线圈，所述充电线圈与线缆通过第三PCB板电气相连，所述主线圈和充电线圈相对设置，当电源给一体化运动控制器供电时，通过第二PCB板给主线圈供电后通过电磁感应给充电线圈充电，充电线圈通过线缆给悬挂物供电；当灯光控制信号送至一体化运动控制器后，经过第二PCB板，第三PCB板及线缆将控制信号传送至悬挂物。

相较于现有技术，本实用新型浮球矩阵式展示装置的电机同步轮的直径小于丝毂同步轮的直径，如此设计，绕线轮毂带动的悬挂物的负载远大于电机直接带动的负载，实现大负载运行，另外，电机和绕线轮毂上下安装的结构可适当选用大功率的电机，电机的选择范围较大，不再是固定的大小，且相对于电机和绕线轮毂首尾相接的安装形式，有利于减少机芯体积，从而降低浮球矩阵式展示装置的体积，浮球矩阵式展示装置各机构配合巧妙，结构简单，运行稳定。

附图说明

图1为本实用新型浮球矩阵式展示装置的平面示意图。

图2为本实用新型浮球矩阵式展示装置的机芯的结构示意图。

图3为图2另一角度的视图。

图4为本实用新型浮球矩阵式展示装置的排线滑块的细节图。

图5为本实用新型浮球矩阵式展示装置在展示悬挂物时的立体示意图。

附图标号：

1-一体化运动控制器，11-电机，12-编码器，13-驱动器；

2-电磁刹车，21-刹车安装板；

3-第一基座板，31-电机同步轮，311-电机同步轮轴，32-丝毂同步轮，321-丝毂同步轮轴，33-丝杆同步轮，331-丝杆同步轮轴，34-惰轮，35-张紧架，36-轴承，37-同步带；

4-第二基座板，48-第二PCB板；

5-排线机构，51-绕线轮毂，52-排线滑块，521-塑料滑块，522-丝母轴，523-导轮安装板，524-第一组导线轮，525-拨线轮，53-丝杆，54-滑块导向轴；

6-导线机构，61-固定座，62-第二组导线轮，63-线导向柱；

7-支撑柱；

8-外壳，81-浮球安装板，82-卡扣；

9-线缆；

10-悬挂物；

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案、和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细描述。

请参阅图1至图5所所示，本实用新型揭示一种浮球矩阵式展示装置用以展示悬挂物10(例如球灯)，包括：一体化运动控制器1、电磁刹车2、第一基座板3、第二基座板4、排线机构5、导线机构6、支撑柱7、外壳8、线缆9及控制端(未图示)。控制端与一体化运动控制器1连接，用以控制电源输入及发送灯光控制信号给一体化运动控制器1。一体化运动控制器1、电磁刹车2、第一基座板3、第二基座板4、排线机构5、导线机构6及若干支撑柱7组成机芯，外壳8遮盖于机芯外侧，第一基座板3与第二基座板4分别上下延伸设置。

一体化运动控制器1包括一体化顺序安装的电机11、编码器12以及驱动器13。电机11一侧安装于第一基座板3，电机11的电机轴(未标示)伸出第一基座板3，电机轴与电机同步轮轴31配合，用以驱动电机同步轮31旋转。

电磁刹车2通过刹车安装板21安装于第一基座板3外侧，且与伸出第一基座板3的电机轴配合，用以电机11快速制动。

第一基座板3与第二基座板4左右间隔开，第一基座板3位于左侧，第二基座板4位于右侧，两者之间还通过若干支撑柱7固定间距，各支撑柱7水平放置。第一基座板3内侧安装有一第一PCB板(未图示)，所示一体化运动控制器1与电磁刹车2之间通过第一PCB板电气相连。

排线机构5包含安装在第一基座板3与第二基座板4之间的绕线轮毂51、排线滑块52、丝杆53及滑块导向轴54，绕线轮毂51位于排线滑块52、丝杆53及滑块导向轴54上方，滑块导向轴54位于丝杆53上方，利用丝杆53旋转，驱动排线滑块52左右移动。

电机11、绕线轮毂51、丝杆53由上往下安装，电机11、绕线轮毂51和丝杆53同一侧分别设有露出于第一基座板3外侧面的电机同步轮31、丝毂同步轮32和丝杆同步轮33，电机同步轮31、丝毂同步轮32和丝杆同步轮33由上往下依次通过电机同步轮轴311、丝毂同步轮轴321和丝杆同步轮轴331安装于第一基座板3外侧。绕线轮毂51一侧的轮轴穿出第一基座板3，并与丝毂同步轮32配合作动，丝毂同步轮32带动绕线轮毂51转动，绕线轮毂51另一侧轮轴安装于第二基座板4上。

排线滑块52包括塑料滑块521、丝母轴522、导轮安装板523、第一组导线轮524及一组拨线轮525，第一组导线轮524安装于导轮安装板523上，第一组导线轮524平行于丝杆53轴向安装。塑料滑块521与丝母轴522配合，塑料滑块521套设于丝杆53上，并且与丝杆53紧密配合，丝母轴522套设于滑块导向轴54上，丝杆53转动时塑料滑块521随之转动，带动丝母轴沿滑块导向轴54左右滑动，实现排线滑块52的稳定移动，拨线轮525位于第一组导线轮524与丝杆53上方，垂直于丝杆53轴向安装。

丝杆53一侧穿出第一基座板3，并与丝杆同步轮33配合作动，丝杆同步轮33带动丝杆53转动，丝杆另一侧安装于第二基座板4上。

滑块导向轴54两端分别固定于第二基座板4和第一基座板3上，位于丝杆53上方及绕线轮毂51下方。

电机同步轮31、丝毂同步轮32和丝杆同步轮33的轮外侧张紧有一同步带37，电机11转动时，电机同步轮31跟随转动，由同步带37带动丝毂同步轮32和丝杆同步轮33一起同步转动，从而带动绕线轮毂51和丝杆53随之转动。电磁刹车2悬于电机同步轮31外侧，且与电机轴配合，用以电机11快速制动。

导线机构6安装于第一基座板3上，靠近于第一基座板3下端，位于丝杆53下方，导线机构6包含固定座61、第二组导线轮62和线导向柱63，第二组导线轮62安装于固定座61上，位于丝杆53下方，并且平行于丝杆53轴向安装，线导向柱63位于外壳8下端，从外壳8向下凸出，线缆9从排线滑块52下来后进入第二组导线轮62，然后垂直进入线导向柱63，最后穿出外壳8，线缆9终端连接悬挂物10。

线缆9一端固定于绕线轮毂51，另一端连接悬挂物10，随着绕线轮毂51的转动，线缆9带动悬挂物10上下运动。电机同步轮31和丝毂同步轮32的直径比为1:4，所以电机同步轮31转动4圈，绕线轮毂51转动1圈，所以理论上在忽略摩擦阻尼等因素后，绕线轮毂51上的线缆9所能带动的悬挂物10负载为电机11直接带动绕线轮毂51时的4倍，而实际上负载无法达到4倍，会有一部分功率损耗，负载可达原先的3倍左右，实现大负载功能。

丝毂同步轮32和丝杆同步轮33直径比为3:2，所以绕线轮毂51转动1圈，丝杆53已转动1.5圈，在排线滑块52的作用下，在绕线轮毂51上均匀绕线，排线间距为丝杆53螺纹间距的1.5倍，实现均匀稳定绕线。

第二基座板4内侧安装有第二PCB板48和主线圈支架(未图示)，第二PCB板48与一体化运动控制器1电气相连，实现对悬挂物10的供电和灯光信号传输。主线圈支架上安装主线圈(未图示)，主线圈和第二PCB板48电气相连，绕线轮毂51内部与轮轴同轴安装有第三PCB板(未图示)和充电线圈(未图示)，充电线圈与线缆9通过第三PCB板电气相连，主线圈和充电线圈相对设置。

电源给一体化运动控制器1供电时，通过第二PCB板48给主线圈供电后通过电磁感应给充电线圈充电，充电线圈通过线缆9给悬挂物10供电；同理，控制端的灯光控制信号送至一体化运动控制器1后，经过第二PCB板48，第三PCB板及线缆9将控制信号传送至悬挂物10。

线缆9从绕线轮毂51下来后穿过拨线轮525垂直进入导线轮524，从排线滑块52下来后进入导线机构6，随着丝杆53的转动，塑料滑块521沿丝杆53移动，在丝母轴522和滑块导向轴54的作用下，塑料滑块521可在第一基座板3和第二基座板4之间来回稳定滑动。

进一步地，为实现机芯稳定工作，在电机同步轮31和丝毂同步轮32之间设有惰轮34，惰轮34的转动轴固定于第一基座板3上，同步带37同时张紧在惰轮34上，惰轮34的作用是改变同步带37运动方向，保证同步带37只与丝毂同步轮32在一侧接触，使电机同步轮31、丝毂同步轮32和丝杆同步轮33转动时满足设计的传动比，保证系统稳定运行。

进一步地，丝毂同步轮32和丝杆同步轮33之间设有张紧架35和轴承销36，张紧架35固定于轴承销36上，张紧架35的作用是把同步带37张紧，减小运动过程中的震动和能量损失，轴承销36安装于第一基座板3外侧面，可以在一定范围内沿销孔方向来回移动，所以张紧架35也可以按照需求改变位置。

外壳8由前后两个部分拼接而成，外壳8下方的拼接处刚好形成线导向柱63，线缆9从此处穿出外壳8。外壳8上方设有浮球安装板81和卡扣82，卡扣82与浮球安装板81配合固定，安装浮球矩阵式展示装置时，将卡扣82扣于对应安装架上，即可完成浮球矩阵式展示装置，安装和维护都十分方便。

本实用新型浮球矩阵式展示装置通电之后的运行过程如下：控制端发送控制命令，电机11开始转动，驱动电机同步轮31转动，在同步带37的作用下，丝毂同步轮32和丝杆同步轮33同时转动，从而带动绕线轮毂51和丝杆53转动。绕线轮毂51的正反旋转带动线缆9绕线和放线，实现悬挂物10的上下运动。如需在运行过程中紧急停止，则由控制端发送急停信号，经过一体化运动控制器和第一PCB板，将信号传输至电磁刹车，电磁刹车紧急制动电机轴，电机停止转动，实现装置急停。丝杆53的正反旋转可以带动排线滑块52在第一基座板3和第二基座板3之间左右来回移动，线缆9从塑料滑块521内的拨线轮525和导线轮524穿过，丝杆53螺纹均匀，加上滑块导向轴的设置，带动排线滑块等距离移动，从而使线缆9在绕线轮毂51上绕线和放线的间距都是固定的，实现均匀、稳定绕线，达成悬挂物上下稳定运动。电机同步轮31的与丝毂同步轮32直径比为1：4，所以绕线轮毂51带动的悬挂物10的负载远大于电机11直接带动的负载，实现大负载运行，另外，电机11和绕线轮毂51上下安装的结构可适当选用大功率的电机11，电机11的选择范围较大，不再是固定的大小，且相对于电机11和绕线轮毂51首尾相接的安装形式，有利于减少机芯体积，从而降低浮球矩阵式展示装置的体积。在其他实施方式中，电机同步轮31小于丝毂同步轮32的直径，仍可以实现大负载运行。

丝毂同步轮32和丝杆同步轮33的直径比为3：2，丝杆53螺纹与丝杆53滑块紧密配合，绕线轮毂51和丝杆53同步转动时，绕线轮毂51转动1圈，丝杆53转动1.5圈，即由丝杆53滑块带动线缆9移动1.5倍的丝杆53螺纹间隙，所以线缆9在绕线轮毂51上的绕线间距为1.5倍的丝杆53螺纹间距。排线机构5实现线缆9在绕线轮毂51上以1.5倍的丝杆53螺纹间距均匀、稳定绕线，达成悬挂物10稳定上下运动。在其他实施方式中，丝毂同步轮32与丝杆同步轮33的直径比有所调整，仍可以实现悬挂物稳定上下运动。

综述所述，本实用新型浮球矩阵式展示装置具有大负载、小体积，结构简单、系统运行稳定等特点。

悬挂物10有发光需求时，电源和灯光控制信号的传输路径如下：控制端控制的电源输入一体化运动控制器1，由于一体化运动控制器1和第二PCB板48电气相连，电源经过第二PCB板48给主线圈供电，通过电磁感应给充电线圈充电，再经由第三PCB板和线缆9给悬挂物10供电。控制端发出的灯光控制信号经由一体化运动控制器1传输至第二PCB板48，再通过主线圈、充电线圈和第三PCB板将灯光控制信号以合适的形式传输至线缆9。第二PCB板48和第三PCB板上设有转化电路，将来自一体化运动控制器1的电源和灯光控制信号转化为线缆9适用的电源和灯光控制信号形式进行传输，经上述过程，浮球矩阵式展示装置实现对悬挂物10的供电和灯光控制。

综上，本实用新型浮球矩阵式展示装置通过机芯的改进实现大负载、小体积、稳定运行的目的，使悬挂物10在计算机控制下上下运动实现立体图形变幻，并且配合灯光效果，呈现出流光溢彩的3D动态造型。

另外，以上实施例仅用于说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，尽管本说明书参照上述的实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种浮球矩阵式展示装置，其特征在于，包括：

一体化运动控制器，所述一体化运动控制器包括一体化顺序安装的电机、编码器以及驱动器，所述电机通过电机轴与电机同步轮配合，用以驱动电机同步轮旋转；

排线机构，所述排线机构包括绕线轮毂、排线滑块、丝杆及滑块导向轴，所述绕线轮毂一侧设有位于电机同步轮下方的丝毂同步轮，所述丝杆一侧设有位于丝毂同步轮下方的丝杆同步轮，所述丝杆旋转时能够驱动排线滑块沿滑块导向轴左右移动；

同步带，所述同步带张紧于电机同步轮、丝毂同步轮和丝杆同步轮的外侧；

外壳，所述外壳遮盖于一体化运动控制器与排线机构外侧；

线缆，所述线缆的一端固定于绕线轮毂，另一端伸出外壳，用以连接悬挂物，所述线缆从绕线轮毂下来后穿过排线滑块；以及

控制端，所述控制端用以控制电源输入及发送灯光控制信号给一体化运动控制器；

其中，所述电机同步轮的直径小于丝毂同步轮的直径。

2.如权利要求1所述的浮球矩阵式展示装置，其特征在于：所述电机同步轮与丝毂同步轮的直径比为1：4。

3.如权利要求1所述的浮球矩阵式展示装置，其特征在于：所述丝毂同步轮与丝杆同步轮的直径比为3：2。

4.如权利要求1所述的浮球矩阵式展示装置，其特征在于：所述排线滑块包括塑料滑块、丝母轴、导轮安装板、第一组导线轮及一组拨线轮，所述第一组导线轮安装于导轮安装板上，而且平行于丝杆轴向安装，所述塑料滑块与丝母轴配合，所述塑料滑块套设于丝杆上，所述丝母轴套设于滑块导向轴上，便于沿滑块导向轴左右滑动，所述拨线轮安装于塑料滑块内，所述拨线轮位于第一组导线轮与丝杆上方，而且垂直于丝杆轴向安装，所述线缆从绕线轮毂下来后穿过拨线轮，然后垂直进入导线轮。

5.如权利要求1所述的浮球矩阵式展示装置，其特征在于：所述浮球矩阵式展示装置还包括导线机构，所述导线机构包含固定座、第二组导线轮及线导向柱，所述第二组导线轮安装于固定座上，并且平行于丝杆轴向安装，所述线导向柱伸出外壳，所述线缆从排线机构下来后进入第二组导线轮，然后垂直进入线导向柱，最后伸出外壳。

6.如权利要求1所述的浮球矩阵式展示装置，其特征在于：所述电机同步轮和丝毂同步轮之间设有惰轮，所述同步带同时张紧在惰轮上，所述惰轮用于改变同步带运动方向，保证同步带只与丝毂同步轮在一侧接触。

7.如权利要求1所述的浮球矩阵式展示装置，其特征在于：所述丝毂同步轮和丝杆同步轮之间设有张紧架和轴承销，所述张紧架固定于轴承销上，所述张紧架用于张紧同步带。

8.如权利要求1所述的浮球矩阵式展示装置，其特征在于：所述浮球矩阵式展示装置还包括用以电机快速制动的电磁刹车，所述电磁刹车悬于电机同步轮外侧，且与电机轴配合。

9.如权利要求8所述的浮球矩阵式展示装置，其特征在于：所述浮球矩阵式展示装置包括左右间隔开的第一基座板和第二基座板，所述第一基座板和第二基座板通过支撑柱固定间距，所述第一基座板内设有电气连接电磁刹车与一体化运动控制器的第一PCB板，所述电机同步轮、丝毂同步轮和丝杆同步轮位于第一基座板的外侧，所述丝杆及滑块导向轴的左右两端安装于第一、第二基座板。

10.如权利要求9所述的浮球矩阵式展示装置，其特征在于：所述第二基座板内侧安装有第二PCB板及与第二PCB板电气连接的主线圈，所述第二PCB板与一体化运动控制器电气相连，用以实现对悬挂物的供电和灯光信号传输，所述绕线轮毂内部安装有第三PCB板及充电线圈，所述充电线圈与线缆通过第三PCB板电气相连，所述主线圈和充电线圈相对设置，当电源给一体化运动控制器供电时，通过第二PCB板给主线圈供电后通过电磁感应给充电线圈充电，充电线圈通过线缆给悬挂物供电；当灯光控制信号送至一体化运动控制器后，经过第二PCB板，第三PCB板及线缆将控制信号传送至悬挂物。