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【摘 要】 详细介绍了大型机械臂在央视马年春晚舞台上的具体应用,包括其安装、运动情况和舞台效果。
【关键词】 央视春晚;机械臂;安装;结构;舞台效果
文章编号: 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.09.010
【Abstract】The specific application of large mechanical arm in the stage in CCTV Spring Festival Gala was introduced, including its structure, operation, and stage effects.
【Key Words】CCTV Spring Festival Gala; mechanical arm; installation; structure; stage effects
自中央电视台春节联欢晚会(简称“春晚”)开播以来,春晚的舞台每年都在变化。中央电视台马年春节联欢晚会(简称“马年春晚”)的舞台设备更是让人记忆犹新,简约大气又变化多端。为了贯彻勤俭节约的精神,马年春晚保留了龙年和蛇年春晚大部分的升降台、LED屏等舞台设备,并首次应用了大型机械臂,用以安装LED屏,这也是该类设备在中国剧场的首次应用。为了使LED屏能实现在演播大厅舞台上方空间任意一点的移动,采用了5个大型的机械臂来安装5块尺寸为7 m×3.5 m的LED屏。
1 机械臂的安装
马年春晚的演播厅是已建成的建筑,为安装大型机械臂,演播厅内的栅顶作了改造。5台机械臂沿舞台横向布置,每台机械臂可以在舞台上方纵向运行,运行深度为18 m,但不能沿舞台横向移动。由于栅顶高度较低,且LED屏向上存贮之后,机械臂不能在栅顶上方超出太多,所以,机械在上下升降运动元上分割成两个运动元,将原本可以用5轴完成的机械臂,设置为6轴运动。因此,在舞台上方纵向铺设了6条机械臂安装轨道,轨道长20 m,供5个机械臂前后移动,如图1~图2所示。
安装于机械臂上的LED屏须在整个舞台上方空间的任意一点运行,这给舞台的灯光布置带来了很大的难度。其一,由于空间高度的限制,在栅顶下没有设置灯光层;其二, LED屏所到之处,台上的灯光会被遮挡。通过工作人员的几番论证,最终将灯光吊挂在机械臂移动轨道的下方,同时加密灯光布置,以满足舞台上灯光的需求。
2 机械臂的运动
机械臂的结构如图3 所示。机械臂的6轴运动元分别为:水平前后移动运动元、上下运动(包括存贮升降与表演升降两个运动元)、前后摆动运动元、左右摆动运动元、旋转运动元,各运动元的运行参数如表1如示。以下就每一个运动元的结构及运行方式作详细介绍。
2.1 水平前后移动
由于机械臂自身重量大,故采用了钢质行走轮行走在重型轨道上,每台机械臂用2条轨道来支撑,且每条轨道上采用4只支承轮。为使受力均匀,支承轮采用2只1组,且每组中的2只支承轮采用浮动联接。前后驱动则采用齿轮齿条驱动,将齿条与支承轨道联接在一起。驱动机构与驱动齿轮均安装在机械臂上。齿轮与齿条的啮合驱动,很好地保证了机械臂的前后运行速度、定位精度及每组机械臂之间的同步精度等。如表1中所示,水平前后移动的最高速度为0.5 m/s,移动行程为18 m。
2.2 存贮升降
马年春晚演播厅的栅顶高度为13.2 m,除去机械臂旋转关节的高度,LED屏在水平状态时能提升的最大高度约为11 m。由于演播厅栅顶基本上是满布的,因此,为达到最大的提升高度,在部分区域调整了栅顶结构,使机械臂可穿过栅顶,向上方存贮。存贮升降只能在某几个特定的区域即栅顶被删除的部分运行。同时,存贮升降与前后移动之间有一个互锁关系,也就是说,只有当存贮升降在最低位置时,才能前后水平移动。相反,只有前后水平移动在特定位置时,才能进行存贮升降。存贮升降也采用了齿轮齿条驱动机构,由4只驱动齿轮啮合4根齿条上下升降。如表1中所示,存贮升降的最高速度为0.1 m/s,上下升程为3.6 m。
2.3 表演升降
由于存贮升降的行程只有3.6 m,LED屏在舞台上空的运行幅度有限,为保证LED屏能运行到整个舞台上空的每一个点,又设置了表演升降,表演升降配合存贮升降和LED屏前后摆动,可以让LED的边缘触及到舞台面。表演升降为双级上下升降结构,采用精密滚子链驱动,将驱动链轮与驱动电机安装在双级传动的中间框架上,链条的闭环链两边分别联接上部框架与下部框架。表演升降相对独立,可以在没有互锁条件的情况下任意升降。如表1中所示,表演升降的最高速度为0.2 m/s,上下升程为5.2 m。
2.4 前后摆动
在存贮状态时,LED屏是水平放置的,且LED屏面向下。通常,当LED屏在使用状态时,LED屏须直立或呈一定的倾斜角度,因此,LED屏须有一个前后摆动的功能。为更好地满足使用要求, LED屏前后摆动的行程设置为前摆90°,后摆60°,摆动速度为15°/s。也就是说,LED屏可以由存贮的水平状态,前摆到LED屏面向观众完全直立,也能后摆至LED屏面向舞台内,且与舞台面成60°。前后摆动也采用了精密滚子链驱动,由一个摆动中心固定摆动臂,链条外包在摆动臂上,将驱动电机与驱动链条安装在表演升降柱内。电机启动后就能驱动摆动臂前后摆动。
2.5 左右摆动
为达到更丰富的表演效果,LED屏不仅能前后摆动,还能左右摆动,尤其当LED屏直立时,通过左右摆动,可让观众观赏到LED屏从正面到侧面的全方位运行过程。LED屏的左右摆动幅度为±45°,摆动速度为15°/s。驱动采用齿轮传动,支承则采用了回转支承,驱动齿轮直接安装在减速电机的输出轴上,被动齿轮则利用回转支承上的齿圈。由于摆动需要一定的空间,所以,左右摆动与上下运动及相邻LED屏之间均有一定的互锁关系。
2.6 旋转
旋转是LED屏参与表演的最重要的功能之一。当LED屏直立时,可沿屏的中心点旋转,不仅能顺时针方向旋转,也能逆时针方向旋转。为了便于LED屏上的电缆管理,同时满足演出要求,并没有设置360°旋转,只设置了±135°旋转。其驱动采用齿轮传动,支承则采用了回转支承,驱动齿轮直接安装在减速电机的输出轴上,被动齿轮则利用回转支承上的齿圈。由于旋转需要一定的空间,所以旋转与上下运动、及相邻LED屏之间均有一定的互锁关系。
3 舞台效果
图4中的4幅图展示了5块由机械臂驱动的LED屏配合动作所呈现的不同变化组合,令人目不暇接。大型机械臂的使用给剧场增添了很多演出场景与功能;而与之搭配的LED屏起到置景、播放画面、营造虚拟的“实景”等功能。由于LED屏可以到达舞台上空的任意位置,因此,它们可以置于演员的前、后、左、右、上方等任意位置,一方面参与演出并与演员互动,另一方面,还可挡住未上台的演员,防止穿帮,可代替大幕、条幕等,如在《万马奔腾》的节目中就起到了此作用。总之,大型机械臂的使用,让LED屏不再仅仅作为背景,而是参与到演出当中,令舞台不再只是一个或多个平面,而是变化万千的立体多维空间。
马年春晚上大型机械臂的使用,不仅得到了业内的认可,而且获得了电视观众的普遍好评,尤其是LED屏与台下升降台的联合使用,营造了很好的舞台视觉氛围。活动的LED屏,的确让演出增色许多,然而,目前由于造价偏高,还无法推广到所有剧场。随着舞台技术的发展,我们期待更多剧场能够应用大型机械臂来使用活动的LED屏,从而进一步丰富舞台演出效果。
(编辑 薛云霞)
【关键词】 央视春晚;机械臂;安装;结构;舞台效果
文章编号: 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.09.010
【Abstract】The specific application of large mechanical arm in the stage in CCTV Spring Festival Gala was introduced, including its structure, operation, and stage effects.
【Key Words】CCTV Spring Festival Gala; mechanical arm; installation; structure; stage effects
自中央电视台春节联欢晚会(简称“春晚”)开播以来,春晚的舞台每年都在变化。中央电视台马年春节联欢晚会(简称“马年春晚”)的舞台设备更是让人记忆犹新,简约大气又变化多端。为了贯彻勤俭节约的精神,马年春晚保留了龙年和蛇年春晚大部分的升降台、LED屏等舞台设备,并首次应用了大型机械臂,用以安装LED屏,这也是该类设备在中国剧场的首次应用。为了使LED屏能实现在演播大厅舞台上方空间任意一点的移动,采用了5个大型的机械臂来安装5块尺寸为7 m×3.5 m的LED屏。
1 机械臂的安装
马年春晚的演播厅是已建成的建筑,为安装大型机械臂,演播厅内的栅顶作了改造。5台机械臂沿舞台横向布置,每台机械臂可以在舞台上方纵向运行,运行深度为18 m,但不能沿舞台横向移动。由于栅顶高度较低,且LED屏向上存贮之后,机械臂不能在栅顶上方超出太多,所以,机械在上下升降运动元上分割成两个运动元,将原本可以用5轴完成的机械臂,设置为6轴运动。因此,在舞台上方纵向铺设了6条机械臂安装轨道,轨道长20 m,供5个机械臂前后移动,如图1~图2所示。
安装于机械臂上的LED屏须在整个舞台上方空间的任意一点运行,这给舞台的灯光布置带来了很大的难度。其一,由于空间高度的限制,在栅顶下没有设置灯光层;其二, LED屏所到之处,台上的灯光会被遮挡。通过工作人员的几番论证,最终将灯光吊挂在机械臂移动轨道的下方,同时加密灯光布置,以满足舞台上灯光的需求。
2 机械臂的运动
机械臂的结构如图3 所示。机械臂的6轴运动元分别为:水平前后移动运动元、上下运动(包括存贮升降与表演升降两个运动元)、前后摆动运动元、左右摆动运动元、旋转运动元,各运动元的运行参数如表1如示。以下就每一个运动元的结构及运行方式作详细介绍。
2.1 水平前后移动
由于机械臂自身重量大,故采用了钢质行走轮行走在重型轨道上,每台机械臂用2条轨道来支撑,且每条轨道上采用4只支承轮。为使受力均匀,支承轮采用2只1组,且每组中的2只支承轮采用浮动联接。前后驱动则采用齿轮齿条驱动,将齿条与支承轨道联接在一起。驱动机构与驱动齿轮均安装在机械臂上。齿轮与齿条的啮合驱动,很好地保证了机械臂的前后运行速度、定位精度及每组机械臂之间的同步精度等。如表1中所示,水平前后移动的最高速度为0.5 m/s,移动行程为18 m。
2.2 存贮升降
马年春晚演播厅的栅顶高度为13.2 m,除去机械臂旋转关节的高度,LED屏在水平状态时能提升的最大高度约为11 m。由于演播厅栅顶基本上是满布的,因此,为达到最大的提升高度,在部分区域调整了栅顶结构,使机械臂可穿过栅顶,向上方存贮。存贮升降只能在某几个特定的区域即栅顶被删除的部分运行。同时,存贮升降与前后移动之间有一个互锁关系,也就是说,只有当存贮升降在最低位置时,才能前后水平移动。相反,只有前后水平移动在特定位置时,才能进行存贮升降。存贮升降也采用了齿轮齿条驱动机构,由4只驱动齿轮啮合4根齿条上下升降。如表1中所示,存贮升降的最高速度为0.1 m/s,上下升程为3.6 m。
2.3 表演升降
由于存贮升降的行程只有3.6 m,LED屏在舞台上空的运行幅度有限,为保证LED屏能运行到整个舞台上空的每一个点,又设置了表演升降,表演升降配合存贮升降和LED屏前后摆动,可以让LED的边缘触及到舞台面。表演升降为双级上下升降结构,采用精密滚子链驱动,将驱动链轮与驱动电机安装在双级传动的中间框架上,链条的闭环链两边分别联接上部框架与下部框架。表演升降相对独立,可以在没有互锁条件的情况下任意升降。如表1中所示,表演升降的最高速度为0.2 m/s,上下升程为5.2 m。
2.4 前后摆动
在存贮状态时,LED屏是水平放置的,且LED屏面向下。通常,当LED屏在使用状态时,LED屏须直立或呈一定的倾斜角度,因此,LED屏须有一个前后摆动的功能。为更好地满足使用要求, LED屏前后摆动的行程设置为前摆90°,后摆60°,摆动速度为15°/s。也就是说,LED屏可以由存贮的水平状态,前摆到LED屏面向观众完全直立,也能后摆至LED屏面向舞台内,且与舞台面成60°。前后摆动也采用了精密滚子链驱动,由一个摆动中心固定摆动臂,链条外包在摆动臂上,将驱动电机与驱动链条安装在表演升降柱内。电机启动后就能驱动摆动臂前后摆动。
2.5 左右摆动
为达到更丰富的表演效果,LED屏不仅能前后摆动,还能左右摆动,尤其当LED屏直立时,通过左右摆动,可让观众观赏到LED屏从正面到侧面的全方位运行过程。LED屏的左右摆动幅度为±45°,摆动速度为15°/s。驱动采用齿轮传动,支承则采用了回转支承,驱动齿轮直接安装在减速电机的输出轴上,被动齿轮则利用回转支承上的齿圈。由于摆动需要一定的空间,所以,左右摆动与上下运动及相邻LED屏之间均有一定的互锁关系。
2.6 旋转
旋转是LED屏参与表演的最重要的功能之一。当LED屏直立时,可沿屏的中心点旋转,不仅能顺时针方向旋转,也能逆时针方向旋转。为了便于LED屏上的电缆管理,同时满足演出要求,并没有设置360°旋转,只设置了±135°旋转。其驱动采用齿轮传动,支承则采用了回转支承,驱动齿轮直接安装在减速电机的输出轴上,被动齿轮则利用回转支承上的齿圈。由于旋转需要一定的空间,所以旋转与上下运动、及相邻LED屏之间均有一定的互锁关系。
3 舞台效果
图4中的4幅图展示了5块由机械臂驱动的LED屏配合动作所呈现的不同变化组合,令人目不暇接。大型机械臂的使用给剧场增添了很多演出场景与功能;而与之搭配的LED屏起到置景、播放画面、营造虚拟的“实景”等功能。由于LED屏可以到达舞台上空的任意位置,因此,它们可以置于演员的前、后、左、右、上方等任意位置,一方面参与演出并与演员互动,另一方面,还可挡住未上台的演员,防止穿帮,可代替大幕、条幕等,如在《万马奔腾》的节目中就起到了此作用。总之,大型机械臂的使用,让LED屏不再仅仅作为背景,而是参与到演出当中,令舞台不再只是一个或多个平面,而是变化万千的立体多维空间。
马年春晚上大型机械臂的使用,不仅得到了业内的认可,而且获得了电视观众的普遍好评,尤其是LED屏与台下升降台的联合使用,营造了很好的舞台视觉氛围。活动的LED屏,的确让演出增色许多,然而,目前由于造价偏高,还无法推广到所有剧场。随着舞台技术的发展,我们期待更多剧场能够应用大型机械臂来使用活动的LED屏,从而进一步丰富舞台演出效果。
(编辑 薛云霞)