專利名稱：一種內(nèi)容可變的立體動(dòng)態(tài)機(jī)械表演系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械控制領(lǐng)域，涉及一種內(nèi)容可變的舞臺(tái)表演系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用機(jī)械、電氣、控制等技術(shù)手段，通過控制升降裝置不同的高低變化組合，形成富有節(jié)奏和韻律的立體景觀展示。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的表演要素、表演方式、表演規(guī)律等發(fā)生劇變，多種表演藝術(shù)門類和多種工程技術(shù)融合在一起形成了一種新的表演形式。而借助于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的表演系統(tǒng)也越來越多的出現(xiàn)在各種演出上。以往的機(jī)械表演系統(tǒng)一般用于機(jī)械舞臺(tái)，只是作為演出背景的一部分，通過控制可以改變舞臺(tái)形狀，巧妙地烘托出表演內(nèi)容，增強(qiáng)藝術(shù)效果。這種機(jī)械表演系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)節(jié)奏非常緩慢，只能簡單的做出各種固定造型，表演內(nèi)容單一，只能作為演出場景的一部分，自身尚不具備單獨(dú)表演能力?！?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種內(nèi)容可變的立體動(dòng)態(tài)機(jī)械表演系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠按照指令通過控制升降裝置不同的高低變化組合完成不同造型，通過配合影片投影、燈光、音響等聲、光、電系統(tǒng)完成各種富有節(jié)奏和韻律的表演，解決了機(jī)械表演系統(tǒng)動(dòng)作簡單、單一的問題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種內(nèi)容可變的立體動(dòng)態(tài)機(jī)械表演系統(tǒng)，包括鋼基座、升降裝置陣列和控制系統(tǒng)，其中升降裝置陣列由多個(gè)相同的升降裝置組成，升降裝置固定在鋼基座上；影片投影在升降裝置陣列上，升降裝置陣列的表面形狀與影片的投影形狀相同，升降裝置陣列中的每一個(gè)升降裝置均可以在控制系統(tǒng)的控制下進(jìn)行獨(dú)立的沿豎直方向的升降；控制系統(tǒng)完成影片圖像的識(shí)別轉(zhuǎn)換，控制系統(tǒng)首先提取影片的每幀圖片，并將各圖片的色彩飽和度調(diào)整為0，然后將各圖片均分割成位置、數(shù)量都與升降裝置陣列中的升降裝置的位置、數(shù)量相同的影片單元構(gòu)成的影片單元陣列；在此基礎(chǔ)上，控制系統(tǒng)再對影片單元陣列中的每一個(gè)影片單元以色彩平均值的方式進(jìn)行中和，使每個(gè)影片單元為單色，并計(jì)算出每個(gè)影片單元的灰度值，由此計(jì)算得到特定圖片對應(yīng)的特定影片單元對應(yīng)的升降裝置的對應(yīng)高度，計(jì)算公式為:升降裝置的對應(yīng)高度=(升降裝置對應(yīng)的影片單元的灰度值-當(dāng)前影片單元陣列中的最小灰度值)* (升降裝置的最大行程/升降裝置對應(yīng)的影片單元的灰度值);控制系統(tǒng)將升降裝置每一時(shí)刻對應(yīng)的高度變化生成指令序列并送至各升降裝置，通過投影和升降裝置的交替動(dòng)作實(shí)現(xiàn)影片的表演。所述的鋼基座包括安裝法蘭盤、調(diào)平螺母和鋼支架，安裝法蘭盤的水平面上有兩兩相互垂直的橢圓形的調(diào)平通孔，每個(gè)調(diào)平通孔上都有對應(yīng)的螺栓穿過，每一個(gè)螺栓兩側(cè)設(shè)置調(diào)平螺母，通過調(diào)節(jié)調(diào)平通孔兩側(cè)的調(diào)平螺母實(shí)現(xiàn)安裝法蘭盤的水平方向和垂直方向的調(diào)節(jié)。所述的升降裝置包括升降機(jī)構(gòu)、外罩、外罩調(diào)平組件；升降機(jī)構(gòu)可以在豎直方向上上下移動(dòng)，升降機(jī)構(gòu)和外罩之間采用外罩調(diào)平組件連接，外罩調(diào)平組件用于調(diào)節(jié)外罩的水平。所述的控制系統(tǒng)包括控制計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、通信服務(wù)器；控制計(jì)算機(jī)和交換機(jī)共同構(gòu)成第一層控制網(wǎng)絡(luò)，通信服務(wù)器構(gòu)成第二層控制網(wǎng)絡(luò)，兩層控制網(wǎng)絡(luò)之間采用TCP/IP協(xié)議通訊方式，通信服務(wù)器和升降裝置之間采用CAN總線協(xié)議通訊方式進(jìn)行通信。本發(fā)明與 現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:(I)本發(fā)明中通過提取每幀圖片的方案，解決了影片變化與升降機(jī)構(gòu)動(dòng)作關(guān)系的問題，使升降機(jī)構(gòu)的動(dòng)作與影片中每幀圖片相對應(yīng)，升降機(jī)構(gòu)隨每幀圖片的改變及時(shí)做出動(dòng)作，提高了表演時(shí)影片與升降機(jī)構(gòu)的同步性；(2)本發(fā)明中控制計(jì)算機(jī)通過對影片進(jìn)行調(diào)整圖片飽和度、圖片分割和排除干擾處理，解決了影片變化與升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)之間如何關(guān)系的問題，其中調(diào)整圖片飽和度和排除干擾部分，利用灰度值為媒介解決了影片變化與升降機(jī)構(gòu)高度變化的問題，圖片分割部分解決了影片變化與升降機(jī)構(gòu)位置對應(yīng)關(guān)系的問題，使任何影片經(jīng)過處理后都可以與升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)同步表演；(3)本發(fā)明中對處理后的影片圖片進(jìn)行灰度值計(jì)算后計(jì)算灰度差再通過灰度差進(jìn)行高度計(jì)算的方法，通過公式每份灰度值代表的高度=升降裝置最大高度/灰度差值。升降裝置高度=(當(dāng)前圖像每個(gè)升降裝置灰度值-升降裝置最小灰度)*每份灰度值代表的高度解決了影片變化與升降機(jī)構(gòu)升降運(yùn)動(dòng)高度的轉(zhuǎn)換問題，實(shí)現(xiàn)了影片與升降裝置的最終轉(zhuǎn)換；(4)本發(fā)明中采用通過安裝法蘭與鋼支架調(diào)平后再安裝升降機(jī)構(gòu)的方案，解決了升降機(jī)構(gòu)直接與鋼支架安裝時(shí)，由于鋼基座自身的誤差導(dǎo)致升降機(jī)構(gòu)難以調(diào)平的問題，從而大大降低了升降機(jī)構(gòu)安裝時(shí)的難度，節(jié)省了安裝時(shí)間，同時(shí)提高了升降機(jī)構(gòu)的平行度，提升了表演效果；(5)本發(fā)明中控制單元通過三層兩級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)，解決了在大規(guī)模多節(jié)點(diǎn)的情況下控制指令發(fā)送不暢、發(fā)送速度慢的問題，實(shí)現(xiàn)了對大規(guī)模多節(jié)點(diǎn)升降裝置的高效控制。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的組成原理圖；圖2為本發(fā)明鋼基座的組成結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明升降裝置組成結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明控制系統(tǒng)的硬件組成原理圖；圖5為本發(fā)明系統(tǒng)的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，為本發(fā)明系統(tǒng)的組成原理圖。本發(fā)明系統(tǒng)包括鋼基座1、升降裝置陣列2和控制系統(tǒng)3，其中控制系統(tǒng)3包括控制計(jì)算機(jī)301、交換機(jī)302、通信服務(wù)器303。升降裝置陣列2安裝在鋼基座I上，升降裝置陣列2由N個(gè)相同的升降裝置組成，N通常為正整數(shù)，其取值大小與單個(gè)升降裝置的表面積以及表演所需的整體面積有關(guān)?？刂朴?jì)算機(jī)301上可以執(zhí)行視頻圖像識(shí)別轉(zhuǎn)換過程，該過程主要包括提取影片每幀的圖片、調(diào)整圖片的飽和度、分割影片圖片、排除干擾、灰度值計(jì)算、高度計(jì)算、生成序列等操作。表演前，控制計(jì)算機(jī)301對表演的影片進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理。影片都是由無數(shù)張動(dòng)態(tài)圖片組成的，因此首先提取影片的每幀圖片；然后調(diào)整各圖片的飽和度，將圖片的色彩飽和度調(diào)整為0，從而使圖片變?yōu)楹诎?；接下來再分割影片圖片，將各圖片分割成位置、數(shù)量都與升降裝置的數(shù)量N相同的影片單元陣列；此時(shí)每個(gè)影片單元內(nèi)都存在多種色彩，為在計(jì)算灰度值時(shí)排除干擾，需要將影片單元中不同的色彩以平均值的方式進(jìn)行中和，使每個(gè)影片單元為單色，這樣從影片源頭進(jìn)行控制，去掉了影片中不利的元素，以保證升降裝置的運(yùn)動(dòng)保持不變；排除干擾后，對影片進(jìn)行灰度值計(jì)算，每個(gè)影片單元都有相對應(yīng)的灰度值，計(jì)算出每個(gè)影片單元的灰度值后，通過得到影片中單元的灰度值可以進(jìn)行高度計(jì)算。對于每一個(gè)升降裝置，升降裝置每份灰度值代表的高度=升降裝置的最大行程/升降裝置對應(yīng)的影片單元的灰度值，則表演時(shí)該升降裝置的對應(yīng)高度=(升降裝置對應(yīng)的影片單元的灰度值-當(dāng)前影片單元陣列中的最小灰度值)*升降裝置每份灰度值代表的高度。把生成的每臺(tái)升降裝置在每一時(shí)刻的高度控制量生成指令序列。表演時(shí)，控制計(jì)算機(jī)301發(fā)出指令序列，通過以太網(wǎng)傳送至交換機(jī)302，交換機(jī)302收到指令序列后按照不同地址轉(zhuǎn)發(fā)至各個(gè)通信服務(wù)器303，通信服務(wù)器303再將收到指令序列傳輸?shù)矫恳粋€(gè)升降裝置，升降裝置根據(jù)收到的指令配合升降裝置陣列2正上方的投影播放的影片影像和音樂開始按照預(yù)定節(jié)奏演繹預(yù)定的動(dòng)作內(nèi)容，形成富有節(jié)奏和韻律的變化。如圖2所示，鋼基座I包括安裝法蘭盤101、調(diào)平螺母102、鋼支架103和螺栓104。安裝法蘭盤101的水平面上有四個(gè)橢圓形的調(diào)平通孔，鋼支架103上對應(yīng)的螺栓104穿過調(diào)平通孔，通過調(diào)節(jié)安 裝法蘭盤101上的調(diào)平通孔正面和背面的調(diào)平螺母102可以實(shí)現(xiàn)安裝法蘭盤101的水平、垂直方向調(diào)節(jié)。如圖3所示，升降裝置包括升降機(jī)構(gòu)201、外罩202、外罩調(diào)平組件203。外罩202和升降機(jī)構(gòu)201之間采用外罩調(diào)平組件203連接。升降裝置的外罩202采用穿孔鋁板為材料，主要由頂板204、框架205和側(cè)壁206組成?？蚣?05的材料是不銹鋼方管，采用焊接工藝。穿孔鋁板采用抽芯鉚鉚接方式固連在框架205上，其中有一個(gè)側(cè)壁206上局部掏空。外罩的頂板204和側(cè)壁206均噴涂屏幕漆，外罩調(diào)平組件203通過螺釘與框架205固定，夕卜罩調(diào)平組件203可以調(diào)節(jié)外罩202的水平。安裝時(shí)，外罩202局部掏空的側(cè)壁206背向觀看臺(tái)。鋼基座I焊接完成后通過調(diào)平螺母102的調(diào)平確保鋼基座I的安裝法蘭盤101處于同一水平面，將升降機(jī)構(gòu)201固定安裝在鋼基座法蘭盤101上；外罩202安裝在升降機(jī)構(gòu)201的升降軸上，通過外罩調(diào)平組件203調(diào)平使所有升降裝置的外罩202的頂面均處于同一水平面。升降裝置陣列2的每個(gè)升降裝置都通過電纜引出強(qiáng)電電源線和弱電控制線，強(qiáng)電線纜通過強(qiáng)電線槽連接到配電柜，弱電線纜通過弱電線槽連接到控制系統(tǒng)3，線槽最大限度的避免了強(qiáng)、弱電線纜的裸露，確保線纜不會(huì)因鼠咬而引起短路。如圖4所示，控制系統(tǒng)3采用的是三層兩級(jí)的控制網(wǎng)絡(luò)形式，第一層是控制計(jì)算機(jī)301和交換機(jī)302，第二層是通信服務(wù)器303，第三層是升降裝置；控制計(jì)算機(jī)301和交換機(jī)302之間通過以太網(wǎng)連接，交換機(jī)302輸出端通過以太網(wǎng)分別與通信服務(wù)器303相連。第一層和第二層之間的第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議通訊方式，第二層和第三層之間的第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)采用CAN總線協(xié)議通訊方式?？刂葡到y(tǒng)3中第二層和第三層之間的第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)采用的CAN總線為冗余方式，每路CAN總線根據(jù)需要可以連接不同數(shù)量的升降裝置。一個(gè)通信服務(wù)器303的CAN總線可以連接I 100個(gè)升降裝置(具體可連接數(shù)量取決于現(xiàn)場環(huán)境和通信距離)，因此，通信服務(wù)器的數(shù)量取決于現(xiàn)場所用升降裝置的數(shù)量N。如圖5所示，本發(fā)明系統(tǒng)的工作流程如下:升降裝置陣列2和控制系統(tǒng)3上電后。首先將要表演的影片導(dǎo)入控制計(jì)算機(jī)301進(jìn)行提取影片每幀的圖片、調(diào)整圖片的飽和度、分割影片圖片、排除干擾、灰度值計(jì)算、計(jì)算灰度差值、高度計(jì)算、生成序列等操作。此后控制計(jì)算機(jī)301發(fā)出表演指令，通過TCP/IP協(xié)議傳送至交換機(jī)302，交換機(jī)302收到指令后將指令按照不同地址轉(zhuǎn)將該網(wǎng)絡(luò)段的控制信息發(fā)至各個(gè)通信服務(wù)器303，通信服務(wù)器303再將收到的TCP/IP協(xié)議 指令轉(zhuǎn)換成CAN總線協(xié)議指令，并通過CAN總線傳輸?shù)矫恳粋€(gè)升降裝置，各升降裝置根據(jù)不同的指令協(xié)議在影像和音樂的配合下開始按照預(yù)定節(jié)奏演繹預(yù)定的動(dòng)作內(nèi)容，形成富有節(jié)奏和韻律的變化。本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)容可變的立體動(dòng)態(tài)機(jī)械表演系統(tǒng)，其特征在于:包括鋼基座(I)、升降裝置陣列(2)和控制系統(tǒng)(3)，其中升降裝置陣列(2)由多個(gè)相同的升降裝置組成，升降裝置固定在鋼基座(I)上；影片投影在升降裝置陣列(2)上，升降裝置陣列(2)的表面形狀與影片的投影形狀相同，升降裝置陣列(2)中的每一個(gè)升降裝置均可以在控制系統(tǒng)(3)的控制下進(jìn)行獨(dú)立的沿豎直方向的升降； 控制系統(tǒng)(3)完成影片圖像的識(shí)別轉(zhuǎn)換，控制系統(tǒng)(3)首先提取影片的每幀圖片，并將各圖片的色彩飽和度調(diào)整為O，然后將各圖片均分割成位置、數(shù)量都與升降裝置陣列(2)中的升降裝置的位置、數(shù)量相同的影片單元構(gòu)成的影片單元陣列；在此基礎(chǔ)上，控制系統(tǒng)(3)再對影片單元陣列中的每一個(gè)影片單元以色彩平均值的方式進(jìn)行中和，使每個(gè)影片單元為單色，并計(jì)算出每個(gè)影片單元的灰度值，由此計(jì)算得到特定圖片對應(yīng)的特定影片單元對應(yīng)的升降裝置的對應(yīng)高度，計(jì)算公式為: 升降裝置的對應(yīng)高度=(升降裝置對應(yīng)的影片單元的灰度值-當(dāng)前影片單元陣列中的最小灰度值)* (升降裝置的最大行程/升降裝置對應(yīng)的影片單元的灰度值); 控制系統(tǒng)(3)將升降裝置每一時(shí)刻對應(yīng)的高度變化生成指令序列并送至各升降裝置，通過投影和升降裝置的交替動(dòng)作實(shí)現(xiàn)影片的表演。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)容可變的立體動(dòng)態(tài)機(jī)械表演系統(tǒng)，其特征在于:所述的鋼基座(I)包括安裝法蘭盤(101 )、調(diào)平螺母(102)和鋼支架(103)，安裝法蘭盤(101)的水平面上有兩兩相互垂直的橢圓形的調(diào)平通孔，每個(gè)調(diào)平通孔上都有對應(yīng)的螺栓(104)穿過，每一個(gè)螺栓(104)兩側(cè)設(shè)置調(diào)平螺母(102)，通過調(diào)節(jié)調(diào)平通孔兩側(cè)的調(diào)平螺母(102)實(shí)現(xiàn)安裝法蘭盤(101)的水平方向和垂直方向的調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種內(nèi)容可變的立體動(dòng)態(tài)機(jī)械表演系統(tǒng)，其特征在于:所述的升降裝置包括升降機(jī)構(gòu)(201)、外罩(202)、外罩調(diào)平組件(203);升降機(jī)構(gòu)(201)可以在豎直方向上上下移動(dòng)，升降機(jī)構(gòu)(201)和外罩(202)之間采用外罩調(diào)平組件(203)連接，外罩調(diào)平組件(20 3 )用于調(diào)節(jié)外罩(202 )的水平。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種內(nèi)容可變的立體動(dòng)態(tài)機(jī)械表演系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制系統(tǒng)(3 )包括控制計(jì)算機(jī)(301)、交換機(jī)(302 )、通信服務(wù)器(303 );控制計(jì)算機(jī)(301)和交換機(jī)(302)共同構(gòu)成第一層控制網(wǎng)絡(luò)，通信服務(wù)器(303)構(gòu)成第二層控制網(wǎng)絡(luò)，兩層控制網(wǎng)絡(luò)之間采用TCP/IP協(xié)議通訊方式，通信服務(wù)器(303)和升降裝置之間采用CAN總線協(xié)議通訊方式進(jìn)行通信。
全文摘要
一種內(nèi)容可變的立體動(dòng)態(tài)機(jī)械表演系統(tǒng)，包括鋼基座(1)、升降裝置陣列(2)和控制系統(tǒng)(3)，其中升降裝置陣列(2)由多個(gè)相同的升降裝置組成，升降裝置固定在鋼基座(1)上。影片投影在升降裝置陣列(2)上，升降裝置陣列(2)的表面形狀與影片的投影形狀相同，升降裝置陣列(2)中的每一個(gè)升降裝置均可以在控制系統(tǒng)(3)的控制下進(jìn)行獨(dú)立的沿豎直方向的升降?？刂葡到y(tǒng)(3)完成影片圖像的識(shí)別轉(zhuǎn)換，將影片所包含的各動(dòng)態(tài)圖片分解成各升降裝置的高低控制量，控制系統(tǒng)(3)將每臺(tái)升降裝置在每一個(gè)圖片時(shí)刻對應(yīng)的高度控制量生成指令序列并送至各升降裝置，通過投影和升降裝置的交替動(dòng)作實(shí)現(xiàn)影片的表演。
文檔編號(hào)A63J1/00GK103212210SQ201310156189
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者王巍, 單聯(lián)潔, 胡常青, 孔令兵, 張東旭, 楊勇, 張澍裕, 劉倚天, 杜茂順, 劉澤峰, 徐宇新, 周文濤, 曹廣鑫, 李良 申請人:北京航天時(shí)代光電科技有限公司