大型機械臂在央視馬年春晚的應用

阮玉瑭等

【摘 要】 詳細介紹了大型機械臂在央視馬年春晚舞臺上的具體應用，包括其安裝、運動情況和舞臺效果。

【關鍵詞】 央視春晚；機械臂；安裝；結構；舞臺效果

文章編號： 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。為了貫徹勤儉節約的精神，馬年春晚保留了龍年和蛇年春晚大部分的升降臺、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。

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18 m，但不能沿舞臺橫向移動。由于柵頂高度較低，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。

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（包括存貯升降與表演升降兩個運動元）、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。以下就每一個運動元的結構及運行方式作詳細介紹。

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。

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。

（編輯 薛云霞）endprint