專(zhuān)利名稱(chēng)：一種皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及皮影人，具體涉及一種皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)，還涉及一種皮影人自動(dòng)表演的控制方法。
背景技術(shù)：
皮影是我國(guó)的一種傳統(tǒng)民間藝術(shù)，是我國(guó)非常重要的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)之一。它又稱(chēng)燈影，是在燈光照射下用獸皮刻制的人物隔亮布演戲，是我國(guó)廣為流傳的傀儡戲之一。表演時(shí)，藝人們?cè)诎咨徊己竺?，一邊操縱戲曲人物，一邊用當(dāng)?shù)亓餍械那{(diào)唱述故事，同時(shí)配以打擊樂(lè)器和弦樂(lè)，有濃厚的鄉(xiāng)土氣息。皮影是選用皮板薄厚適中、質(zhì)堅(jiān)而柔、透明顯色、適用性強(qiáng)、經(jīng)久耐用的優(yōu)質(zhì)牛皮制作。在制作時(shí)，巧妙地繼承了以“鏤空”為主的剪紙手法，、先用鐵筆將樣稿刻畫(huà)在處理好的牛皮上，皮影的著色，以黑、紅、黃、綠為主，熱冷色對(duì)比強(qiáng)烈，在使用上講究純用，極少調(diào)和，使投影在亮幕上的影件顏色純正絢麗。一個(gè)皮影人物的制作過(guò)程極為繁瑣，要經(jīng)過(guò)選皮、制皮、畫(huà)稿、過(guò)稿、鏤刻、敷彩、發(fā)汗熨平、綴結(jié)合成等八個(gè)基本步驟。可見(jiàn)，皮影制作考究、工藝精湛；其制作工藝和操作的復(fù)雜性大大的限制和阻礙了傳統(tǒng)皮影藝術(shù)的傳播和繼承。在20世紀(jì)80年代，Dagalakis首次提出用懸索取代傳統(tǒng)的桿件作為動(dòng)平臺(tái)的支腿，出現(xiàn)了柔索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人(Cable Driven Parallel Robot, Q)PR),它不再使用傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人的剛性連接桿，以柔索作為操作臂，大大降低了操作臂的重量。CDPR具有較高的剛度、精度和負(fù)載能力，結(jié)構(gòu)緊湊，是一種閉鏈超確定輸入牽引機(jī)構(gòu)，具有較大的工作空間，可以實(shí)現(xiàn)較高速作業(yè)，因此具有廣闊的應(yīng)用空間。柔索傳動(dòng)的另一個(gè)重要特點(diǎn)是它模擬了人手的腱，研究柔索傳動(dòng)技術(shù)對(duì)于提高機(jī)器人的能力是必要的。目前，國(guó)內(nèi)有很多研究人員都注意到了皮影戲的衰敗與沒(méi)落，開(kāi)始了對(duì)皮影的再發(fā)揚(yáng)的研究工作。一部分研究者進(jìn)行了皮影的數(shù)字化繼承。紀(jì)萬(wàn)金等人構(gòu)建了皮影運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型，并給出其數(shù)值求解格式；根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程的離散格式，運(yùn)用FLASH中的腳本語(yǔ)言編寫(xiě)皮影運(yùn)動(dòng)的程序，并能用該程序模擬真實(shí)的皮影動(dòng)畫(huà)。高璐靜等人利用3DS MAX來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字皮影的人物運(yùn)動(dòng)，首先細(xì)致分析了我國(guó)傳統(tǒng)皮影人物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和藝人對(duì)皮影人的操作方式，指出傳統(tǒng)皮影運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)數(shù)字皮影人運(yùn)動(dòng)的難點(diǎn)；繼而利用3DS MAX建立了數(shù)字皮影動(dòng)畫(huà)人物角色模塊，依據(jù)皮影人骨骼樹(shù)的方法完成了皮影角色的建模、角色層級(jí)關(guān)系的建立和設(shè)置皮影人運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵幀等主要步驟，從而再現(xiàn)了傳統(tǒng)皮影人的運(yùn)動(dòng)原理。在第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中，北京工業(yè)大學(xué)的蔣超博等人設(shè)計(jì)制作了數(shù)字皮影交互平臺(tái)，該項(xiàng)目在皮影戲FLASH動(dòng)畫(huà)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，即用戶可以通過(guò)多點(diǎn)觸摸設(shè)備、鍵盤(pán)等與皮影人物進(jìn)行交互，選擇自己喜好的角色來(lái)表演皮影，作品引入了物理因素如重力、摩擦力等來(lái)真實(shí)模擬皮影的表演使得表演更加真實(shí)；用Flash骨骼技術(shù)來(lái)制作皮影模型方便了用戶對(duì)人物的控制；采用多點(diǎn)觸摸技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)皮影人物的多點(diǎn)控制，大大增強(qiáng)了皮影的表現(xiàn)能力；同時(shí)，在該平臺(tái)上，皮影愛(ài)好者能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)皮影交互表演，可以增加場(chǎng)景的特效和道具來(lái)豐富表演，而且可以用腳本來(lái)錄制和回放皮影表演。這些新技術(shù)均采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了皮影的數(shù)字化繼承，打破了傳統(tǒng)皮影戲在制作和演出形式的局限性，使傳統(tǒng)皮影戲拓寬了新的發(fā)展空間。另一部分研究者進(jìn)行了皮影的機(jī)械自動(dòng)化繼承。目前國(guó)內(nèi)的研究主要集中在兩種方式機(jī)器人操縱皮影人進(jìn)行表演以及機(jī)器人本身直接模擬皮影人進(jìn)行表演。機(jī)器人操縱皮影人進(jìn)行表演的研究者肖弘發(fā)明了一種皮影表演機(jī)器人控制系統(tǒng)，將人工操作表演的皮影改變?yōu)橛蓹C(jī)器人程序控制的皮影表演。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)包括與皮影的活動(dòng)部位對(duì)應(yīng)連接的控制桿、與控制桿一端連接的偏心輪，能夠帶動(dòng)控制桿相對(duì)于投影大幕前后移動(dòng)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)，以及實(shí)現(xiàn)大幕開(kāi)合的蝸輪蝸桿變速裝置。此皮影運(yùn)動(dòng)控制機(jī)器人是在移動(dòng)裝置上設(shè)有集成了微控機(jī)的控制電路和通訊電路，每根控制桿對(duì)應(yīng)一個(gè)齒輪，所有齒輪安裝在移動(dòng)裝置上，并由與控制電路連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)程序控制完成偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)的前后快速移動(dòng)以及蝸輪蝸桿分別實(shí)現(xiàn)皮影的運(yùn)動(dòng)、皮影閃爍和大幕的開(kāi)合；黃見(jiàn)遠(yuǎn)發(fā)明了機(jī)器人皮影裝置及其舞臺(tái)控制系統(tǒng)，包括皮影、控制單元以及移動(dòng)底座，其中，移動(dòng)底座上設(shè)置有固定支架、電機(jī)、以及連接電機(jī)的若干機(jī)械臂，若干機(jī)械臂分 別連接至所述皮影的各個(gè)活動(dòng)部件上。所述控制單元用于控制所述移動(dòng)底座的移動(dòng)以及機(jī)械臂的動(dòng)作。皮影的基本部固定在固定支架上。這項(xiàng)發(fā)明由機(jī)器人控制皮影，因此占用空間小，皮影動(dòng)作更為豐富；通過(guò)升降平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)皮影的跳躍動(dòng)作，使皮影人物更為生動(dòng)有趣；通過(guò)電控伸縮桿使皮影基本上貼著或者遠(yuǎn)離皮影戲幕可以實(shí)現(xiàn)人物淡入淡出的視覺(jué)效果。2010年英特爾杯大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)題邀請(qǐng)賽中，西安電子科技大學(xué)代表隊(duì)設(shè)計(jì)的“皮影藝術(shù)，凌動(dòng)舞臺(tái)”獲得最高獎(jiǎng)項(xiàng)“英特爾杯”，在皮影表演舞臺(tái)使用高清投影機(jī)投射WPF背景動(dòng)畫(huà)，機(jī)器人采用三個(gè)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，分別對(duì)應(yīng)皮影人的三個(gè)支點(diǎn)，機(jī)器人的移動(dòng)則由履帶實(shí)現(xiàn)。在控制方面，使用了高效能的基于Intel(R)Atom(TM)處理器的嵌入式平臺(tái)，結(jié)合自主設(shè)計(jì)的數(shù)字控制機(jī)械系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了皮影戲的錄制、皮影機(jī)器人自動(dòng)演出等功能。針對(duì)皮影戲的編排與錄制，系統(tǒng)軟件則提供了動(dòng)作編輯播放器與劇本編輯播放器，并在其中使用2D物理引擎、BPM探測(cè)算法以及動(dòng)作自耦合算法提高皮影戲編排效率。系統(tǒng)在控制皮影機(jī)器人自動(dòng)演出時(shí)，使用空間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)映射算法保證其運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性。此外，在普通劇本表演模式之外，該皮影系統(tǒng)還設(shè)計(jì)能提高娛樂(lè)性和趣味性的智能即興表演模式，在該模式中使用相關(guān)的基音頻提取技術(shù)，使得系統(tǒng)能夠根據(jù)外界的聲音控制皮影做出相應(yīng)的動(dòng)作。機(jī)器人本身直接模擬皮影人進(jìn)行表演的研究有聞澈等，在設(shè)計(jì)中加入皮影的成份，將傳統(tǒng)藝術(shù)與現(xiàn)代機(jī)械相結(jié)合，完成了 “西游記皮影機(jī)器人”的設(shè)計(jì)。這種飽含中國(guó)風(fēng)格的設(shè)計(jì)打破了國(guó)內(nèi)機(jī)器人外觀設(shè)計(jì)的單一取材，有利于人們?cè)谶@個(gè)快速發(fā)展的社會(huì)再次關(guān)注中國(guó)傳統(tǒng)的皮影戲。羅凱等設(shè)計(jì)的基于AVR單片機(jī)的皮影機(jī)器人，以ATmegaie單片機(jī)為核心控制器，通過(guò)單片機(jī)輸出控制PWM信號(hào)對(duì)舵機(jī)進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)MG945舵機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)皮影機(jī)器人的舞蹈動(dòng)作。機(jī)器人由20個(gè)舵機(jī)組成，可以完成劈叉、下腰、側(cè)臥展體、單腿直立等高難度動(dòng)作，具有與皮影共舞、機(jī)器人自主表演皮影戲等功能。西安理工大學(xué)發(fā)明的用于皮影表演的索驅(qū)動(dòng)機(jī)電控制系統(tǒng)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，不再使用傳統(tǒng)的桿作為皮影人的支撐，而改用柔索提供拉力?？紤]到皮影人的四肢運(yùn)動(dòng)各不干涉，為了實(shí)現(xiàn)該過(guò)程的自動(dòng)化，采要4個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)懸索，并通過(guò)一臺(tái)總控機(jī)對(duì)4個(gè)驅(qū)動(dòng)分支進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。由于這種設(shè)計(jì)下的皮影人要固定在機(jī)械臺(tái)上，其背景與民間皮影有很大不同，即背景不可透光，為此，皮影人由幕后放至幕前，皮影人需采用有機(jī)玻璃加工制造，通過(guò)不同的黏貼圖裝飾使得人物造型多變，進(jìn)而增強(qiáng)其藝術(shù)效果。其控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)包括DMC1410運(yùn)動(dòng)控制卡、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)42HS03+兩相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器M415B和電源，基于VC++軟件實(shí)現(xiàn)皮影人的單曲動(dòng)作，同時(shí)基于VC編制了交互式控制界面。專(zhuān)利號(hào)為201120295565. 9、公開(kāi)號(hào)為2197353的“用于皮影表演的索驅(qū)動(dòng)機(jī)電控制系統(tǒng)”和專(zhuān)利號(hào)為201120295980. 4、公開(kāi)號(hào)為2196818的“用于皮影表演的索驅(qū)動(dòng)與氣動(dòng)結(jié)合控制系統(tǒng)”在皮影人機(jī)電(氣)控制方面提出了兩種方案，但這兩種方案是將皮影人放置在幕前，忽略了皮影人的投影效果，這與傳統(tǒng)的幕后操作不一致；另外，皮影人不能移動(dòng)，僅能在固定位置做簡(jiǎn)單的 四肢運(yùn)動(dòng)且四肢運(yùn)動(dòng)較緩慢；同時(shí)，四肢不能在身體的同側(cè)；另外，曲目單一，且不能根據(jù)音樂(lè)曲目的變化改變動(dòng)作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的皮影人不能移動(dòng)且動(dòng)作簡(jiǎn)單、緩慢的問(wèn)題，改善皮影人的投影效果。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供所述皮影人自動(dòng)表演的控制方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)，包括皮影人且位于投影屏幕的后面，所述皮影人通過(guò)拉索、導(dǎo)向定滑輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接。所述拉索一端連接在所述皮影人的身體重心上，所述拉索為至少兩根且分別通過(guò)導(dǎo)向定滑輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，至少兩個(gè)導(dǎo)向定滑輪設(shè)置在舞臺(tái)頂部的兩個(gè)邊角上，所述皮影人四肢上分別設(shè)有舵機(jī)，所述舵機(jī)通過(guò)PLC模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)皮影人肢體動(dòng)作的控制。所述拉索為兩根且與分別與兩個(gè)定滑輪連接，所述皮影人的身體重心設(shè)有配重鐵塊，所述配重鐵塊通過(guò)透明玻璃與磁鐵相吸。所述拉索為三根且與三個(gè)定滑輪連接，其中兩個(gè)定滑輪設(shè)置在舞臺(tái)頂部的兩個(gè)邊角上，其余一個(gè)設(shè)置在舞臺(tái)底面的中間位置。所述皮影人在支撐框架內(nèi)，所述拉索一端連接在所述皮影人的兩個(gè)手臂的控制點(diǎn)上，所述兩個(gè)手臂上的拉索分別為至少兩根且分別通過(guò)導(dǎo)向定滑輪與電機(jī)連接，兩個(gè)導(dǎo)向定滑輪設(shè)置在支撐框架頂部的兩側(cè)，所述支撐框架與絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)連接且通過(guò)電機(jī)、絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)水平、豎直運(yùn)動(dòng)，所述絲杠包括橫向絲杠和縱向絲杠，所述電機(jī)通過(guò)PLC模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)皮影人肢體動(dòng)作的控制。所述兩個(gè)手臂控制點(diǎn)上的拉索分別為兩根且分別通過(guò)兩個(gè)導(dǎo)向定滑輪與電機(jī)連接，所述兩個(gè)手臂控制點(diǎn)上均設(shè)有配重塊，所述配重塊與拉索直接相連。所述兩個(gè)手臂控制點(diǎn)上的拉索分別為三根且分別與三個(gè)導(dǎo)向定滑輪連接，其中兩個(gè)導(dǎo)向定滑輪設(shè)置在舞臺(tái)頂部的兩個(gè)邊角上，其余一個(gè)導(dǎo)向定滑輪設(shè)置在舞臺(tái)底面的中間位置。本發(fā)明的第二個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種皮影人自動(dòng)表演控制方法，為通過(guò)PLC工作界面，利用3DMAX繪制三維皮影人形成3DS文件，將皮影人及其四肢動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作。所述控制方法具體包括先讀入文件頭信息，判斷是否為3DS文件，如果不是，則將動(dòng)畫(huà)皮影人及其四肢動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作；如果是，就處理主塊信息，使其為3D編輯程序塊，讀取皮影人信息，讀取材質(zhì)、顏色、面、點(diǎn)等信息，將動(dòng)畫(huà)皮影人及其四肢動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作。所述控制方法還包括通過(guò)PLC工作界面選擇音樂(lè)曲目，調(diào)用預(yù)先編制好的基本動(dòng)作子程序完成音樂(lè)曲目的播放；具體包括先在音樂(lè)的基本小節(jié)整數(shù)倍長(zhǎng)度的小的時(shí)間段上編制舵機(jī)動(dòng)作程序，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)成音樂(lè)曲目的基本動(dòng)作子程序，演出時(shí)，確定音樂(lè)曲目，利用WinCC調(diào)用播放器播放音樂(lè)將曲目劃分為N個(gè)時(shí)間段，通過(guò)該音樂(lè)曲目的基本動(dòng)作子程序，實(shí)現(xiàn)整曲與PLC控制程序的同時(shí)性，音樂(lè)曲目與電機(jī)動(dòng)作的一致性。本發(fā)明具有如下有益效果，本發(fā)明利用柔索取代現(xiàn)有技術(shù)的桿件操控，實(shí)現(xiàn)皮影人在投影屏幕后的水平和豎直移動(dòng)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了四肢在身體同側(cè)的運(yùn)動(dòng)；結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，控制方便；并通過(guò)PLC工作界面和軟件控制可以使皮影人隨音樂(lè)自動(dòng)舞動(dòng)，改善了皮影人的投影效果，提高了觀賞性。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例I結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I俯視圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例4結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例I皮影人可達(dá)空間仿真圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例2皮影人可達(dá)空間仿真圖；圖7是基于PLC的工作流程圖。圖中，I.投影屏幕，2.第一導(dǎo)向定滑輪，3.第二導(dǎo)向定滑輪，4.第一拉索，5.皮影人，6.右手臂動(dòng)作舵機(jī)，7.左手臂動(dòng)作舵機(jī)，8.右腿動(dòng)作舵機(jī)，9.左腿動(dòng)作舵機(jī)，10.第三導(dǎo)向定滑輪，11.第二拉索，12.支撐框架，13.滾輪，14.配重鐵塊，15.透明玻璃，16.磁鐵，17.第三拉索，18.橫向絲杠，19.第一電機(jī)，20.縱向絲杠，21.第二電機(jī)，22.左手配重塊，23.右手配重塊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例I，一種皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)，參見(jiàn)圖I、圖2，包括皮影人5且位于投影屏幕I的后面，皮影人5通過(guò)配重鐵塊14、磁鐵16和三根拉索通過(guò)導(dǎo)向定滑輪與驅(qū)動(dòng)舵機(jī)連接，拉索一端連接在磁鐵16上，拉索為三根包括第一拉索4、第二拉索11和第三拉索17且分別通過(guò)第一導(dǎo)向定滑輪2、第二導(dǎo)向定滑輪3和第三導(dǎo)向定滑輪10與驅(qū)動(dòng)舵機(jī)連接，其中第一導(dǎo)向定滑輪2和第二導(dǎo)向定滑輪3設(shè)置在舞臺(tái)的兩個(gè)邊角上，第三導(dǎo)向定滑輪10設(shè)置在舞臺(tái)底面的中間位置。配重鐵塊14設(shè)置在皮影人5的身體重心，配重鐵塊14通過(guò)透明玻璃15與磁鐵16相吸。皮影人5四肢上分別設(shè)有舵機(jī)包括右手臂動(dòng)作舵機(jī)6、左手臂動(dòng)作舵機(jī)7、右腿動(dòng)作舵機(jī)8和左腿動(dòng)作舵機(jī)9，這些舵機(jī)通過(guò)PLC模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)皮影人肢體動(dòng)作的控制。皮影人5的動(dòng)作原理為在舵機(jī)驅(qū)動(dòng)下通過(guò)第一拉索4，第二拉索11和第三拉索17協(xié)調(diào)控制牽拉磁鐵16，磁鐵16與配重鐵塊14中間隔著透明玻璃15，透明玻璃15的作用使配重鐵塊14始終跟著磁鐵16的軌跡運(yùn)動(dòng)，但兩者不會(huì)直接相吸，并且也避免了皮影人5由于質(zhì)量輕產(chǎn)生晃動(dòng)。皮影人5可能達(dá)到的舞臺(tái)位置如圖5所示。其導(dǎo)向定滑輪所在的出索口為A、B、C三點(diǎn)，因此其可達(dá)的空間為三點(diǎn)圍成的三角形區(qū)域。皮影人5自動(dòng)表演控制方法為通過(guò)PLC工作界面，利用3DMAX繪制三維皮影人形成3DS文件，將皮影人及其四肢動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作。具體流程包括先讀入文件頭信息，判斷是否為3DS文件，如果不是，則將動(dòng)畫(huà)皮影人及其四肢動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作；如果是，就處理主塊信息，使其為3D編輯程序塊，讀取皮影人信息，讀取材質(zhì)、顏色、面、點(diǎn)等信息，將動(dòng)畫(huà)皮影人及其四肢動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作。還包括通過(guò)PLC工作界面選擇音樂(lè)曲目，調(diào)用預(yù)先編制好的基本動(dòng)作子程序完成 音樂(lè)曲目的播放；具體流程包括先在音樂(lè)的基本小節(jié)整數(shù)倍長(zhǎng)度的小的時(shí)間段上編制舵機(jī)動(dòng)作程序，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)成音樂(lè)曲目的基本動(dòng)作子程序，演出時(shí)，確定音樂(lè)曲目，利用WinCC調(diào)用播放器播放音樂(lè)將曲目劃分為N個(gè)時(shí)間段，通過(guò)該音樂(lè)曲目的基本動(dòng)作子程序，實(shí)現(xiàn)整曲與PLC控制程序的同時(shí)性，音樂(lè)曲目與舵機(jī)動(dòng)作的一致性。實(shí)施例2，一種皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)，包括皮影人5且位于投影屏幕I的后面，皮影人5通過(guò)配重鐵塊14與磁鐵16、拉索通過(guò)導(dǎo)向定滑輪與驅(qū)動(dòng)舵機(jī)連接，拉索一端連接在磁鐵16上，拉索為兩根包括第一拉索4和第二拉索11且分別通過(guò)第一導(dǎo)向定滑輪2和第二導(dǎo)向定滑輪3與舵機(jī)連接；第一導(dǎo)向定滑輪2和第二導(dǎo)向定滑輪3分別設(shè)置在舞臺(tái)頂部的兩個(gè)邊角上，皮影人5四肢上分別設(shè)有舵機(jī)包括右手臂動(dòng)作舵機(jī)6、左手臂動(dòng)作舵機(jī)7、右腿動(dòng)作舵機(jī)8和左腿動(dòng)作舵機(jī)9，這些舵機(jī)通過(guò)PLC模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)皮影人肢體動(dòng)作的控制。與實(shí)施例I不同的是，實(shí)施例2省略了第三根拉索17和其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向定滑輪10。根據(jù)索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)理論，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)參考點(diǎn)(這里為磁鐵16) 2個(gè)自由度完全約束運(yùn)動(dòng)至少需要3根拉索驅(qū)動(dòng)，如果索驅(qū)動(dòng)的動(dòng)平臺(tái)具有一定的質(zhì)量，相當(dāng)于在無(wú)窮遠(yuǎn)處有一根拉索對(duì)其進(jìn)行牽拉，這時(shí)，可以用皮影人5身上配重塊的重力方向代替第3根拉索，即依靠第一拉索4、第二拉索11控制磁鐵16，當(dāng)磁鐵16沿著舞臺(tái)水平運(yùn)行，其可能達(dá)到的舞臺(tái)位置如圖6所示(皮影人5到達(dá)屏幕左側(cè)的某個(gè)位置時(shí)，沿重力方向擬定下拉索所在位置為Cl點(diǎn)，同樣到達(dá)屏幕右側(cè)某個(gè)位置時(shí)，沿重力方向擬定C2點(diǎn)，可見(jiàn)皮影人5可達(dá)空間會(huì)隨著重力方向的改變而改變，即，其幾乎可達(dá)到屏幕的任何一點(diǎn))；與3根拉索牽拉的空間(如圖5所示，其導(dǎo)向定滑輪所在的出索口為A、B、C三點(diǎn)，因此其可達(dá)的空間為三點(diǎn)圍成的三角形區(qū)域，很明顯在三角形區(qū)域外無(wú)法達(dá)到，從而限制了其運(yùn)動(dòng)范圍)相比更大。因此，為了減少控制的復(fù)雜性，本實(shí)施例2中省略了實(shí)施例I中的拉索17和定滑輪10。此實(shí)施例用增大配重鐵塊14的質(zhì)量來(lái)取代下面的拉索?？刂品椒橥ㄟ^(guò)PLC工作界面，利用3DMAX繪制三維皮影人形成3DS文件，將皮影人及其四肢動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作。具體流程包括先讀入文件頭信息，判斷是否為3DS文件，如果不是，則將動(dòng)畫(huà)皮影人及其四肢動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作；如果是，就處理主塊彳目息，使其為3D編輯程序塊，讀取皮影人彳目息，讀取材質(zhì)、顏色、面、點(diǎn)等"[目息，將動(dòng)畫(huà)皮影人及其四肢動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作。還包括通過(guò)PLC工作界面選擇音樂(lè)曲目，調(diào)用預(yù)先編制好的基本動(dòng)作子程序完成音樂(lè)曲目的播放；具體流程包括先在音樂(lè)的基本小節(jié)整數(shù)倍長(zhǎng)度的小的時(shí)間段上編制舵機(jī)動(dòng)作程序，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)成音樂(lè)曲目的基本動(dòng)作子程序，演出時(shí)，確定音樂(lè)曲目，利用WinCC調(diào)用播放器播放音樂(lè)將曲目劃分為N個(gè)時(shí)間段，通過(guò)該音樂(lè)曲目的基本動(dòng)作子程序，實(shí)現(xiàn)整曲與PLC控制程序的同時(shí)性，音樂(lè)曲目與舵機(jī)動(dòng)作的一致性。 實(shí)施例3，一種皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)，如圖3所示，包括皮影人5且位于投影屏幕I的后面，皮影人5設(shè)置在支撐框架12內(nèi)且通過(guò)拉索與導(dǎo)向定滑輪連接；拉索一端連接在皮影人5的身體重心、左手臂和右手臂上，身體重心和兩個(gè)手臂上的拉索分別為三根且分別通過(guò)三個(gè)導(dǎo)向定滑輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，其中兩個(gè)導(dǎo)向定滑輪設(shè)置在支撐框架12頂部的兩側(cè)，其余一個(gè)導(dǎo)向定滑輪設(shè)置在支撐框架12底部，如圖3所示，A’，C’，G’是右手臂上的三根拉索對(duì)應(yīng)的三個(gè)導(dǎo)向定滑輪的位置，B’，D’，H’是左手臂上的三根拉索對(duì)應(yīng)的三個(gè)導(dǎo)向定滑輪的位置，這里需要保證不同驅(qū)動(dòng)臂上的索不在同一個(gè)平面，避免左右手臂上的拉索發(fā)生干涉，即A’，C’，G’和B’，D’，H’處的定滑輪的出索口不應(yīng)在同一個(gè)平面。支撐框架12設(shè)置在滾輪13上，驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)的第一電機(jī)19，驅(qū)動(dòng)豎直運(yùn)動(dòng)的第二電機(jī)21分別驅(qū)動(dòng)傳遞水平運(yùn)動(dòng)的橫向絲杠18和傳遞豎直運(yùn)動(dòng)的縱向絲杠20使得支撐框架12(包括皮影人、 拉索及其對(duì)應(yīng)的定滑輪系統(tǒng))沿著水平和豎直方向運(yùn)動(dòng)。皮影人5上肢上共設(shè)有6個(gè)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)皮影人在固定位置處的手臂動(dòng)作，若皮影人做水平和豎直運(yùn)動(dòng)則依靠驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)的第一電機(jī)19和驅(qū)動(dòng)豎直運(yùn)動(dòng)的第二電機(jī)21來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些電機(jī)通過(guò)PLC模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)皮影人肢體動(dòng)作的控制?？刂品椒橥ㄟ^(guò)PLC工作界面，利用3DMAX繪制三維皮影人形成3DS文件，將皮影人及其肢體動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作。具體流程包括先讀入文件頭信息，判斷是否為3DS文件，如果不是，則將動(dòng)畫(huà)皮影人及其肢體動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作；如果是，就處理主塊"[目息，使其為3D編輯程序塊，讀取皮影人"[目息，讀取材質(zhì)、顏色、面、點(diǎn)等"[目息，將動(dòng)畫(huà)皮影人及其肢體動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作。還包括通過(guò)PLC工作界面選擇音樂(lè)曲目，調(diào)用預(yù)先編制好的基本動(dòng)作子程序完成音樂(lè)曲目的播放；具體流程包括先在音樂(lè)的基本小節(jié)整數(shù)倍長(zhǎng)度的小的時(shí)間段上編制電機(jī)動(dòng)作程序，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)成音樂(lè)曲目的基本動(dòng)作子程序，演出時(shí)，確定音樂(lè)曲目，利用WinCC調(diào)用播放器播放音樂(lè)將曲目劃分為N個(gè)時(shí)間段，通過(guò)該音樂(lè)曲目的基本動(dòng)作子程序，實(shí)現(xiàn)整曲與PLC控制程序的同時(shí)性，音樂(lè)曲目與電機(jī)動(dòng)作的一致性。實(shí)施例4，由實(shí)施例I和實(shí)施例2的可達(dá)空間(如圖5和圖6所示)可知，當(dāng)支撐框架12不產(chǎn)生水平和豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)于皮影人手臂上控制點(diǎn)E’和F’的可達(dá)空間就是A’，C’，G’和B’，D’，H’分別圍成的三角形區(qū)域。為了增加在固定位置處，可控點(diǎn)E’和F’的空間最大化，提出了實(shí)施例4方案，如圖4所示，一種皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng),包括皮影人5且位于投影屏幕I的后面，皮影人5固定在支撐框架12上，支撐框架12設(shè)置在滾輪13上，拉索一端連接在皮影人5的左手臂和右手臂控制點(diǎn)E’和F’上，在控制點(diǎn)E’和F’位置處分別連接了左手配重塊22和右手配重塊23，其原理同實(shí)施例2，用配重塊的重力方向代替第三根拉索，即，左手臂和右手臂上的拉索分別為兩根且分別通過(guò)兩個(gè)導(dǎo)向定滑輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；身體中心設(shè)置在支撐框架12的中間部分，手臂的兩個(gè)導(dǎo)向定滑輪分別設(shè)置在支撐皮影人的框架12頂部的兩側(cè)。第一電機(jī)19和第二電機(jī)21分別驅(qū)動(dòng)橫向絲杠18和縱向絲杠20使得皮影人支撐框架12沿著水平和豎直方向運(yùn)動(dòng)。如圖4所示，A’，C’是右手臂上的兩根根拉索對(duì)應(yīng)的兩個(gè)導(dǎo)向定滑輪的位置，B’，D’是左手臂上的兩根拉索對(duì)應(yīng)的兩個(gè)導(dǎo)向定滑輪的位置，這里需要保證不同手臂上的拉索不在同一個(gè)平面，避免左右手臂上的拉索發(fā)生干涉，即A’，C’和B’，D’處的定滑輪的出索口不應(yīng)在同一個(gè)平面。另外，第一電機(jī)19和第二電機(jī)21分別驅(qū)動(dòng)橫向絲杠18和縱向絲杠20使得皮影人隨支撐框架12沿著水平和豎直方向運(yùn)動(dòng)。皮影人5上肢上共設(shè)有4個(gè)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)皮影人在固定位置處的手臂動(dòng)作，若皮影人做水平和豎直運(yùn)動(dòng)則依靠第一電機(jī)19和第二電機(jī)21來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些電機(jī)通過(guò)PLC模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)皮影人肢體動(dòng)作的控制。控制方法為通過(guò)PLC工作界面，利用3DMAX繪制三維皮影人形成3DS文件，將皮影人及其肢體動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作。具體流程包括先讀入文件頭信息，判斷是否為3DS文件，如果不是，則將動(dòng)畫(huà)皮影人及其肢體動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作；如果是，就處理主塊彳目息，使其為3D編輯程序塊，讀取皮影人彳目息，讀取材質(zhì)、顏色、面、點(diǎn)等"[目息，將動(dòng)畫(huà)皮影人及其肢體動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作。還包括通過(guò)PLC工作界面選擇音樂(lè)曲目，調(diào)用預(yù)先編制好的基本動(dòng)作子程序完成 音樂(lè)曲目的播放；具體流程包括先在音樂(lè)的基本小節(jié)整數(shù)倍長(zhǎng)度的小的時(shí)間段上編制電機(jī)動(dòng)作程序，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)成音樂(lè)曲目的基本動(dòng)作子程序，演出時(shí)，確定音樂(lè)曲目，利用WinCC調(diào)用播放器播放音樂(lè)將曲目劃分為N個(gè)時(shí)間段，通過(guò)該音樂(lè)曲目的基本動(dòng)作子程序，實(shí)現(xiàn)整曲與PLC控制程序的同時(shí)性，音樂(lè)曲目與電機(jī)動(dòng)作的一致性。
權(quán)利要求
1.一種皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)，其特征在于包括皮影人(5)且位于投影屏幕(I)的后面，所述皮影人(5)通過(guò)拉索、導(dǎo)向定滑輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接。
2.如權(quán)利要求I所述的皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)，其特征在于所述拉索一端連接在所述皮影人(5)的身體重心上，所述拉索為至少兩根且分別通過(guò)導(dǎo)向定滑輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，至少兩個(gè)導(dǎo)向定滑輪設(shè)置在舞臺(tái)頂部的兩個(gè)邊角上，所述皮影人四肢上分別設(shè)有舵機(jī)，所述舵機(jī)通過(guò)PLC模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)皮影人肢體動(dòng)作的控制。
3.如權(quán)利要求2所述的皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)，其特征在于所述拉索為兩根且與分別與兩個(gè)定滑輪連接，所述皮影人(5)的身體重心設(shè)有配重鐵塊(14)，所述配重鐵塊(14)通過(guò)透明玻璃(15)與磁鐵(16)相吸。
4.如權(quán)利要求2所述的皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)，其特征在于所述拉索為三根且與三個(gè)定滑輪連接，其中兩個(gè)定滑輪設(shè)置在舞臺(tái)頂部的兩個(gè)邊角上，其余一個(gè)設(shè)置在舞臺(tái)底面的中間位置。
5.如權(quán)利要求I所述的皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)，其特征在于所述皮影人(5)在支撐框架(12)內(nèi)，所述拉索一端連接在所述皮影人(5)的兩個(gè)手臂的控制點(diǎn)上，所述兩個(gè)手臂上的拉索分別為至少兩根且分別通過(guò)導(dǎo)向定滑輪與電機(jī)連接，兩個(gè)導(dǎo)向定滑輪設(shè)置在支撐框架頂部的兩側(cè)，所述支撐框架與絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)連接且通過(guò)電機(jī)、絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)水平、豎直運(yùn)動(dòng)，所述絲杠包括橫向絲杠(18 )和縱向絲杠(20 )，所述電機(jī)通過(guò)PLC模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)皮影人肢體動(dòng)作的控制。
6.如權(quán)利要求5所述的皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)，其特征在于所述兩個(gè)手臂控制點(diǎn)上的拉索分別為兩根且分別通過(guò)兩個(gè)導(dǎo)向定滑輪與電機(jī)連接，所述兩個(gè)手臂控制點(diǎn)上均設(shè)有配重塊，所述配重塊與拉索直接相連。
7.如權(quán)利要求5所述的皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)，其特征在于所述兩個(gè)手臂控制點(diǎn)上的拉索分別為三根且分別與三個(gè)導(dǎo)向定滑輪連接，其中兩個(gè)導(dǎo)向定滑輪設(shè)置在支撐框架(12)頂部的兩側(cè)，其余一個(gè)導(dǎo)向定滑輪設(shè)置在支撐框架(12)的中間位置。
8.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述皮影人自動(dòng)表演控制方法，其特征在于通過(guò)PLC工作界面，利用3DMAX繪制三維皮影人形成3DS文件，將皮影人及其四肢動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作。
9.如權(quán)利要求8所述的皮影人自動(dòng)表演控制方法，其特征在于所述控制方法具體包括先讀入文件頭信息，判斷是否為3DS文件，如果不是，則將動(dòng)畫(huà)皮影人及其四肢動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作；如果是，就處理主塊信息，使其為3D編輯程序塊，讀取皮影人信息，讀取材質(zhì)、顏色、面、點(diǎn)等信息，將動(dòng)畫(huà)皮影人及其四肢動(dòng)作通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)同步操作。
10.如權(quán)利要求8或9所述的皮影人自動(dòng)表演控制方法，其特征在于所述控制方法還包括通過(guò)PLC工作界面選擇音樂(lè)曲目，調(diào)用預(yù)先編制好的基本動(dòng)作子程序完成音樂(lè)曲目的播放；具體包括先在音樂(lè)的基本小節(jié)整數(shù)倍長(zhǎng)度的小的時(shí)間段上編制舵機(jī)動(dòng)作程序，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)成音樂(lè)曲目的基本動(dòng)作子程序，演出時(shí)，確定音樂(lè)曲目，利用WinCC調(diào)用播放器播放音樂(lè)將曲目劃分為N個(gè)時(shí)間段，通過(guò)該音樂(lè)曲目的基本動(dòng)作子程序，實(shí)現(xiàn)整曲與PLC控制程序的同時(shí)性，音樂(lè)曲目與電機(jī)動(dòng)作的一致性。
全文摘要
一種皮影人自動(dòng)表演控制系統(tǒng)及控制方法，包括皮影人且位于投影屏幕的后面，所述皮影人通過(guò)拉索、導(dǎo)向定滑輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接。本發(fā)明利用柔索取代現(xiàn)有技術(shù)的桿件操控，實(shí)現(xiàn)皮影人在投影屏幕后的水平和豎直移動(dòng)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了四肢在身體同側(cè)的運(yùn)動(dòng)；結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，控制方便；并通過(guò)PLC工作界面和軟件控制可以使皮影人隨音樂(lè)自動(dòng)舞動(dòng)，改善了皮影人的投影效果，提高了觀賞性。
文檔編號(hào)A63J19/00GK102716587SQ20121019918
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者孔令飛, 孫靖萱, 李言, 湯奧斐, 袁啟龍, 鄭建明 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)