大型機(jī)械臂在央視馬年春晚的應(yīng)用

阮玉瑭等

【摘 要】 詳細(xì)介紹了大型機(jī)械臂在央視馬年春晚舞臺(tái)上的具體應(yīng)用，包括其安裝、運(yùn)動(dòng)情況和舞臺(tái)效果。

【關(guān)鍵詞】 央視春晚；機(jī)械臂；安裝；結(jié)構(gòu)；舞臺(tái)效果

文章編號(hào)： 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

自中央電視臺(tái)春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)（簡(jiǎn)稱“春晚”）開播以來(lái)，春晚的舞臺(tái)每年都在變化。中央電視臺(tái)馬年春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)（簡(jiǎn)稱“馬年春晚”）的舞臺(tái)設(shè)備更是讓人記憶猶新，簡(jiǎn)約大氣又變化多端。為了貫徹勤儉節(jié)約的精神，馬年春晚保留了龍年和蛇年春晚大部分的升降臺(tái)、LED屏等舞臺(tái)設(shè)備，并首次應(yīng)用了大型機(jī)械臂，用以安裝LED屏，這也是該類設(shè)備在中國(guó)劇場(chǎng)的首次應(yīng)用。為了使LED屏能實(shí)現(xiàn)在演播大廳舞臺(tái)上方空間任意一點(diǎn)的移動(dòng)，采用了5個(gè)大型的機(jī)械臂來(lái)安裝5塊尺寸為7 m×3.5 m的LED屏。

1 機(jī)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(jī)械臂，演播廳內(nèi)的柵頂作了改造。5臺(tái)機(jī)械臂沿舞臺(tái)橫向布置，每臺(tái)機(jī)械臂可以在舞臺(tái)上方縱向運(yùn)行，運(yùn)行深度為18 m，但不能沿舞臺(tái)橫向移動(dòng)。由于柵頂高度較低，且LED屏向上存貯之后，機(jī)械臂不能在柵頂上方超出太多，所以，機(jī)械在上下升降運(yùn)動(dòng)元上分割成兩個(gè)運(yùn)動(dòng)元，將原本可以用5軸完成的機(jī)械臂，設(shè)置為6軸運(yùn)動(dòng)。因此，在舞臺(tái)上方縱向鋪設(shè)了6條機(jī)械臂安裝軌道，軌道長(zhǎng)20 m，供5個(gè)機(jī)械臂前后移動(dòng)，如圖1～圖2所示。

安裝于機(jī)械臂上的LED屏須在整個(gè)舞臺(tái)上方空間的任意一點(diǎn)運(yùn)行，這給舞臺(tái)的燈光布置帶來(lái)了很大的難度。其一，由于空間高度的限制，在柵頂下沒(méi)有設(shè)置燈光層；其二， LED屏所到之處，臺(tái)上的燈光會(huì)被遮擋。通過(guò)工作人員的幾番論證，最終將燈光吊掛在機(jī)械臂移動(dòng)軌道的下方，同時(shí)加密燈光布置，以滿足舞臺(tái)上燈光的需求。

2 機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)

機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。機(jī)械臂的6軸運(yùn)動(dòng)元分別為：水平前后移動(dòng)運(yùn)動(dòng)元、上下運(yùn)動(dòng)（包括存貯升降與表演升降兩個(gè)運(yùn)動(dòng)元）、前后擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)元、左右擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)元、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)元，各運(yùn)動(dòng)元的運(yùn)行參數(shù)如表1如示。以下就每一個(gè)運(yùn)動(dòng)元的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式作詳細(xì)介紹。

2.1 水平前后移動(dòng)

由于機(jī)械臂自身重量大，故采用了鋼質(zhì)行走輪行走在重型軌道上，每臺(tái)機(jī)械臂用2條軌道來(lái)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(dòng)聯(lián)接。前后驅(qū)動(dòng)則采用齒輪齒條驅(qū)動(dòng)，將齒條與支承軌道聯(lián)接在一起。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)齒輪均安裝在機(jī)械臂上。齒輪與齒條的嚙合驅(qū)動(dòng)，很好地保證了機(jī)械臂的前后運(yùn)行速度、定位精度及每組機(jī)械臂之間的同步精度等。如表1中所示，水平前后移動(dòng)的最高速度為0.5 m/s，移動(dòng)行程為18 m。

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(jī)械臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的高度，LED屏在水平狀態(tài)時(shí)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(dá)到最大的提升高度，在部分區(qū)域調(diào)整了柵頂結(jié)構(gòu)，使機(jī)械臂可穿過(guò)柵頂，向上方存貯。存貯升降只能在某幾個(gè)特定的區(qū)域即柵頂被刪除的部分運(yùn)行。同時(shí)，存貯升降與前后移動(dòng)之間有一個(gè)互鎖關(guān)系，也就是說(shuō)，只有當(dāng)存貯升降在最低位置時(shí)，才能前后水平移動(dòng)。相反，只有前后水平移動(dòng)在特定位置時(shí)，才能進(jìn)行存貯升降。存貯升降也采用了齒輪齒條驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由4只驅(qū)動(dòng)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(tái)上空的運(yùn)行幅度有限，為保證LED屏能運(yùn)行到整個(gè)舞臺(tái)上空的每一個(gè)點(diǎn)，又設(shè)置了表演升降，表演升降配合存貯升降和LED屏前后擺動(dòng)，可以讓LED的邊緣觸及到舞臺(tái)面。表演升降為雙級(jí)上下升降結(jié)構(gòu)，采用精密滾子鏈驅(qū)動(dòng)，將驅(qū)動(dòng)鏈輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在雙級(jí)傳動(dòng)的中間框架上，鏈條的閉環(huán)鏈兩邊分別聯(lián)接上部框架與下部框架。表演升降相對(duì)獨(dú)立，可以在沒(méi)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(dòng)

在存貯狀態(tài)時(shí)，LED屏是水平放置的，且LED屏面向下。通常，當(dāng)LED屏在使用狀態(tài)時(shí)，LED屏須直立或呈一定的傾斜角度，因此，LED屏須有一個(gè)前后擺動(dòng)的功能。為更好地滿足使用要求， LED屏前后擺動(dòng)的行程設(shè)置為前擺90°，后擺60°，擺動(dòng)速度為15°/s。也就是說(shuō)，LED屏可以由存貯的水平狀態(tài)，前擺到LED屏面向觀眾完全直立，也能后擺至LED屏面向舞臺(tái)內(nèi)，且與舞臺(tái)面成60°。前后擺動(dòng)也采用了精密滾子鏈驅(qū)動(dòng)，由一個(gè)擺動(dòng)中心固定擺動(dòng)臂，鏈條外包在擺動(dòng)臂上，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)鏈條安裝在表演升降柱內(nèi)。電機(jī)啟動(dòng)后就能驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)臂前后擺動(dòng)。

2.5 左右擺動(dòng)

為達(dá)到更豐富的表演效果，LED屏不僅能前后擺動(dòng)，還能左右擺動(dòng)，尤其當(dāng)LED屏直立時(shí)，通過(guò)左右擺動(dòng)，可讓觀眾觀賞到LED屏從正面到側(cè)面的全方位運(yùn)行過(guò)程。LED屏的左右擺動(dòng)幅度為±45°，擺動(dòng)速度為15°/s。驅(qū)動(dòng)采用齒輪傳動(dòng)，支承則采用了回轉(zhuǎn)支承，驅(qū)動(dòng)齒輪直接安裝在減速電機(jī)的輸出軸上，被動(dòng)齒輪則利用回轉(zhuǎn)支承上的齒圈。由于擺動(dòng)需要一定的空間，所以，左右擺動(dòng)與上下運(yùn)動(dòng)及相鄰LED屏之間均有一定的互鎖關(guān)系。

2.6 旋轉(zhuǎn)

旋轉(zhuǎn)是LED屏參與表演的最重要的功能之一。當(dāng)LED屏直立時(shí)，可沿屏的中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，不僅能順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，也能逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。為了便于LED屏上的電纜管理，同時(shí)滿足演出要求，并沒(méi)有設(shè)置360°旋轉(zhuǎn)，只設(shè)置了±135°旋轉(zhuǎn)。其驅(qū)動(dòng)采用齒輪傳動(dòng)，支承則采用了回轉(zhuǎn)支承，驅(qū)動(dòng)齒輪直接安裝在減速電機(jī)的輸出軸上，被動(dòng)齒輪則利用回轉(zhuǎn)支承上的齒圈。由于旋轉(zhuǎn)需要一定的空間，所以旋轉(zhuǎn)與上下運(yùn)動(dòng)、及相鄰LED屏之間均有一定的互鎖關(guān)系。

3 舞臺(tái)效果

圖4中的4幅圖展示了5塊由機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)的LED屏配合動(dòng)作所呈現(xiàn)的不同變化組合，令人目不暇接。大型機(jī)械臂的使用給劇場(chǎng)增添了很多演出場(chǎng)景與功能；而與之搭配的LED屏起到置景、播放畫面、營(yíng)造虛擬的“實(shí)景”等功能。由于LED屏可以到達(dá)舞臺(tái)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(dòng)，另一方面，還可擋住未上臺(tái)的演員，防止穿幫，可代替大幕、條幕等，如在《萬(wàn)馬奔騰》的節(jié)目中就起到了此作用?？傊?，大型機(jī)械臂的使用，讓LED屏不再僅僅作為背景，而是參與到演出當(dāng)中，令舞臺(tái)不再只是一個(gè)或多個(gè)平面，而是變化萬(wàn)千的立體多維空間。

馬年春晚上大型機(jī)械臂的使用，不僅得到了業(yè)內(nèi)的認(rèn)可，而且獲得了電視觀眾的普遍好評(píng)，尤其是LED屏與臺(tái)下升降臺(tái)的聯(lián)合使用，營(yíng)造了很好的舞臺(tái)視覺氛圍?；顒?dòng)的LED屏，的確讓演出增色許多，然而，目前由于造價(jià)偏高，還無(wú)法推廣到所有劇場(chǎng)。隨著舞臺(tái)技術(shù)的發(fā)展，我們期待更多劇場(chǎng)能夠應(yīng)用大型機(jī)械臂來(lái)使用活動(dòng)的LED屏，從而進(jìn)一步豐富舞臺(tái)演出效果。

（編輯 薛云霞）endprint