大型機械臂在央視春晚的應用

小河HH

自中央電視臺春節聯歡晚會（簡稱“春晚”）開播以來，春晚的舞臺每年都在變化。中央電視臺馬年春節聯歡晚會（簡稱“馬年春晚”）的舞臺設備更是讓人記憶猶新，簡約大氣又變化多端。馬年春晚保留了龍年和蛇年春晚大部分的升降臺、LED屏等舞臺設備，并首次應用了大型機械臂，用以安裝LED屏，這也是該類設備在中國劇場的首次應用。為了使LED屏能實現在演播大廳舞臺上方空間任意一點的移動，采用了5個大型的機械臂來安裝5塊尺寸為7 m×3.5 m的LED屏。

圖為LED機械臂

1 機械臂的安裝

馬年春晚的演播廳是已建成的建筑，為安裝大型機械臂，演播廳內的柵頂作了改造。5臺機械臂沿舞臺橫向布置，每臺機械臂可以在舞臺上方縱向運行，運行深度為18M。且LED屏向上存貯之后，機械臂不能在柵頂上方超出太多，所以，機械在上下升降運動元上分割成兩個運動元，將原本可以用5軸完成的機械臂，設置為6軸運動。因此，在舞臺上方縱向鋪設了6條機械臂安裝軌道，軌道長20 m，供5個機械臂前后移動，如圖1～圖2所示。

圖1 機械臂安裝正立面圖

圖2 機械臂安裝側立面圖

安裝于機械臂上的LED屏須在整個舞臺上方空間的任意一點運行，這給舞臺的燈光布置帶來了很大的難度。其一，由于空間高度的限制，在柵頂下沒有設置燈光層；其二， LED屏所到之處，臺上的燈光會被遮擋。通過工作人員的幾番論證，最終將燈光吊掛在機械臂移動軌道的下方，同時加密燈光布置，以滿足舞臺上燈光的需求。

2 機械臂的運動

機械臂的結構如圖3 所示。機械臂的6軸運動元分別為：水平前后移動運動元、上下運動、前后擺動運動元、左右擺動運動元、旋轉運動元，各運動元的運行參數如表1如示。以下每一個運動元的結構及運行方式作詳細介紹。

圖3 機械臂的結構

2.1 水平前后移動

由于機械臂自身重量大，故采用了鋼質行走輪行走在重型軌道上，每臺機械臂用2條軌道來支撐，且每條軌道上采用4只支承輪。為使受力均勻，支承輪采用2只1組，且每組中的2只支承輪采用浮動聯接。前后驅動則采用齒輪齒條驅動，將齒條與支承軌道聯接在一起。驅動機構與驅動齒輪均安裝在機械臂上。齒輪與齒條的嚙合驅動，很好地保證了機械臂的前后運行速度、定位精度及每組機械臂之間的同步精度等。如表1中所示，水平前后移動的最高速度為0.5 m/s，移動行程為18 m。

表1 各運動元的運行參數值

2.2 存貯升降

馬年春晚演播廳的柵頂高度為13.2 m，除去機械臂旋轉關節的高度，LED屏在水平狀態時能提升的最大高度約為11 m。由于演播廳柵頂基本上是滿布的，因此，為達到最大的提升高度，在部分區域調整了柵頂結構，使機械臂可穿過柵頂，向上方存貯。存貯升降只能在某幾個特定的區域即柵頂被刪除的部分運行。同時，存貯升降與前后移動之間有一個互鎖關系，也就是說，只有當存貯升降在最低位置時，才能前后水平移動。相反，只有前后水平移動在特定位置時，才能進行存貯升降。存貯升降也采用了齒輪齒條驅動機構，由4只驅動齒輪嚙合4根齒條上下升降。如表1中所示，存貯升降的最高速度為0.1 m/s，上下升程為3.6 m。

2.3 表演升降

由于存貯升降的行程只有3.6 m，LED屏在舞臺上空的運行幅度有限，為保證LED屏能運行到整個舞臺上空的每一個點，又設置了表演升降，表演升降配合存貯升降和LED屏前后擺動，可以讓LED的邊緣觸及到舞臺面。表演升降為雙級上下升降結構，采用精密滾子鏈驅動，將驅動鏈輪與驅動電機安裝在雙級傳動的中間框架上，鏈條的閉環鏈兩邊分別聯接上部框架與下部框架。表演升降相對獨立，可以在沒有互鎖條件的情況下任意升降。如表1中所示，表演升降的最高速度為0.2 m/s，上下升程為5.2 m。

2.4 前后擺動

在存貯狀態時，LED屏是水平放置的，且LED屏面向下。通常，當LED屏在使用狀態時，LED屏須直立或呈一定的傾斜角度，因此，LED屏須有一個前后擺動的功能。為更好地滿足使用要求， LED屏前后擺動的行程設置為前擺90°，后擺60°，擺動速度為15°/s。

也就是說，LED屏可以由存貯的水平狀態，前擺到LED屏面向觀眾完全直立，也能后擺至LED屏面向舞臺內，且與舞臺面成60°。前后擺動也采用了精密滾子鏈驅動，由一個擺動中心固定擺動臂，鏈條外包在擺動臂上，將驅動電機與驅動鏈條安裝在表演升降柱內。電機啟動后就能驅動擺動臂前后擺動。

2.5 左右擺動

為達到更豐富的表演效果，LED屏不僅能前后擺動，還能左右擺動，尤其當LED屏直立時，通過左右擺動，可讓觀眾觀賞到LED屏從正面到側面的全方位運行過程。LED屏的左右擺動幅度為±45°，擺動速度為15°/s。驅動采用齒輪傳動，支承則采用了回轉支承，驅動齒輪直接安裝在減速電機的輸出軸上，被動齒輪則利用回轉支承上的齒圈。由于擺動需要一定的空間，所以，左右擺動與上下運動及相鄰LED屏之間均有一定的互鎖關系。

2.6 旋轉

旋轉是LED屏參與表演的最重要的功能之一。當LED屏直立時，可沿屏的中心點旋轉，不僅能順時針方向旋轉，也能逆時針方向旋轉。為了便于LED屏上的電纜管理，同時滿足演出要求，并沒有設置360°旋轉，只設置了±135°旋轉。其驅動采用齒輪傳動，支承則采用了回轉支承，驅動齒輪直接安裝在減速電機的輸出軸上，被動齒輪則利用回轉支承上的齒圈。由于旋轉需要一定的空間，所以旋轉與上下運動、及相鄰LED屏之間均有一定的互鎖關系。

3 舞臺效果

圖4 馬年春晚LED屏的舞臺效果

圖4中的4幅圖展示了5塊由機械臂驅動的LED屏配合動作所呈現的不同變化組合，令人目不暇接。大型機械臂的使用給劇場增添了很多演出場景與功能；而與之搭配的LED屏起到置景、播放畫面、營造虛擬的“實景”等功能。由于LED屏可以到達舞臺上空的任意位置，因此，它們可以置于演員的前、后、左、右、上方等任意位置，一方面參與演出并與演員互動，另一方面，還可擋住未上臺的演員，防止穿幫，可代替大幕、條幕等，如在《萬馬奔騰》的節目中就起到了此作用。總之，大型機械臂的使用，讓LED屏不再僅僅作為背景，而是參與到演出當中，令舞臺不再只是一個或多個平面，而是變化萬千的立體多維空間。

馬年春晚上大型機械臂的使用，不僅得到了業內的認可，而且獲得了電視觀眾的普遍好評，尤其是LED屏與臺下升降臺的聯合使用，營造了很好的舞臺視覺氛圍。活動的LED屏，的確讓演出增色許多，然而，目前由于造價偏高，還無法推廣到所有劇場。隨著舞臺技術的發展，我們期待更多劇場能夠應用大型機械臂來使用活動的LED屏，從而進一步豐富舞臺演出效果。

albert.tang

想不到這么唯美的畫面背后竟是這些大家伙在操縱。

小河HH

albert.tang 發表于 2017-1-2 20:40
想不到這么唯美的畫面背后竟是這些大家伙在操縱。

操作的很專業呀。

問天問地問自己

聲光顯示等科技手段是越來越花哨了，
真正的好作品，原創精品，收視率是越來越少了。
哈哈

蔡皓618

光鮮亮麗的背后是一大堆油污滿滿的鐵家伙。

zcx172632

不錯。。。。。

一重科技

春晚啊，現在雞肋了，我記得以前總盯著看的，現在看一看就睡著了。

小河HH

一重科技 發表于 2017-1-4 09:00
春晚啊，現在雞肋了，我記得以前總盯著看的，現在看一看就睡著了。

睡不著的時候當催眠曲看看吧。