一種皮影人自動表演控制系統及控制方法
2023-10-07 22:43:14 5
專利名稱：一種皮影人自動表演控制系統及控制方法
技術領域：
本發明涉及皮影人，具體涉及一種皮影人自動表演控制系統，還涉及一種皮影人自動表演的控制方法。
背景技術：
皮影是我國的一種傳統民間藝術，是我國非常重要的非物質文化遺產之一。它又稱燈影，是在燈光照射下用獸皮刻制的人物隔亮布演戲，是我國廣為流傳的傀儡戲之一。表演時，藝人們在白色幕布後面，一邊操縱戲曲人物，一邊用當地流行的曲調唱述故事，同時配以打擊樂器和弦樂，有濃厚的鄉土氣息。皮影是選用皮板薄厚適中、質堅而柔、透明顯色、適用性強、經久耐用的優質牛皮製作。在製作時，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在處理好的牛皮上，皮影的著色，以黑、紅、黃、綠為主，熱冷色對比強烈，在使用上講究純用，極少調和，使投影在亮幕上的影件顏色純正絢麗。一個皮影人物的製作過程極為繁瑣，要經過選皮、制皮、畫稿、過稿、鏤刻、敷彩、發汗熨平、綴結合成等八個基本步驟。可見，皮影製作考究、工藝精湛；其製作工藝和操作的複雜性大大的限制和阻礙了傳統皮影藝術的傳播和繼承。在20世紀80年代，Dagalakis首次提出用懸索取代傳統的杆件作為動平臺的支腿，出現了柔索驅動並聯機器人(Cable Driven Parallel Robot, Q)PR),它不再使用傳統的工業機器人的剛性連接杆，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、精度和負載能力，結構緊湊，是一種閉鏈超確定輸入牽引機構，具有較大的工作空間，可以實現較高速作業，因此具有廣闊的應用空間。柔索傳動的另一個重要特點是它模擬了人手的腱，研究柔索傳動技術對於提高機器人的能力是必要的。目前，國內有很多研究人員都注意到了皮影戲的衰敗與沒落，開始了對皮影的再發揚的研究工作。一部分研究者進行了皮影的數位化繼承。紀萬金等人構建了皮影運動的動力學模型，並給出其數值求解格式；根據動力學方程的離散格式，運用FLASH中的腳本語言編寫皮影運動的程序，並能用該程序模擬真實的皮影動畫。高璐靜等人利用3DS MAX來實現數字皮影的人物運動，首先細緻分析了我國傳統皮影人物的結構特點和藝人對皮影人的操作方式，指出傳統皮影運動的特點及實現數字皮影人運動的難點；繼而利用3DS MAX建立了數字皮影動畫人物角色模塊，依據皮影人骨骼樹的方法完成了皮影角色的建模、角色層級關係的建立和設置皮影人運動的關鍵幀等主要步驟，從而再現了傳統皮影人的運動原理。在第十二屆「挑戰杯」全國大學生課外學術科技作品競賽中，北京工業大學的蔣超博等人設計製作了數字皮影交互平臺，該項目在皮影戲FLASH動畫的基礎上，實現了人機互動，即用戶可以通過多點觸摸設備、鍵盤等與皮影人物進行交互，選擇自己喜好的角色來表演皮影，作品引入了物理因素如重力、摩擦力等來真實模擬皮影的表演使得表演更加真實；用Flash骨骼技術來製作皮影模型方便了用戶對人物的控制；採用多點觸摸技術來實現皮影人物的多點控制，大大增強了皮影的表現能力；同時，在該平臺上，皮影愛好者能通過網絡實現皮影交互表演，可以增加場景的特效和道具來豐富表演，而且可以用腳本來錄製和回放皮影表演。這些新技術均採用現代計算機技術實現了皮影的數位化繼承，打破了傳統皮影戲在製作和演出形式的局限性，使傳統皮影戲拓寬了新的發展空間。另一部分研究者進行了皮影的機械自動化繼承。目前國內的研究主要集中在兩種方式機器人操縱皮影人進行表演以及機器人本身直接模擬皮影人進行表演。機器人操縱皮影人進行表演的研究者肖弘發明了一種皮影表演機器人控制系統，將人工操作表演的皮影改變為由機器人程序控制的皮影表演。其中機械結構包括與皮影的活動部位對應連接的控制杆、與控制杆一端連接的偏心輪，能夠帶動控制杆相對於投影大幕前後移動的推進機構，以及實現大幕開合的蝸輪蝸杆變速裝置。此皮影運動控制機器人是在移動裝置上設有集成了微控機的控制電路和通訊電路，每根控制杆對應一個齒輪，所有齒輪安裝在移動裝置上，並由與控制電路連接的電機驅動其轉動。通過程序控制完成偏心輪的轉動、推進機構的前後快速移動以及蝸輪蝸杆分別實現皮影的運動、皮影閃爍和大幕的開合；黃見遠發明了機器人皮影裝置及其舞臺控制系統，包括皮影、控制單元以及移動底座，其中，移動底座上設置有固定支架、電機、以及連接電機的若干機械臂，若干機械臂分 別連接至所述皮影的各個活動部件上。所述控制單元用於控制所述移動底座的移動以及機械臂的動作。皮影的基本部固定在固定支架上。這項發明由機器人控制皮影，因此佔用空間小，皮影動作更為豐富；通過升降平臺可以實現皮影的跳躍動作，使皮影人物更為生動有趣；通過電控伸縮杆使皮影基本上貼著或者遠離皮影戲幕可以實現人物淡入淡出的視覺效果。2010年英特爾杯大學生電子設計競賽嵌入式系統專題邀請賽中，西安電子科技大學代表隊設計的「皮影藝術，凌動舞臺」獲得最高獎項「英特爾杯」，在皮影表演舞臺使用高清投影機投射WPF背景動畫，機器人採用三個機械臂結構，分別對應皮影人的三個支點，機器人的移動則由履帶實現。在控制方面，使用了高效能的基於Intel(R)Atom(TM)處理器的嵌入式平臺，結合自主設計的數字控制機械系統，實現了皮影戲的錄製、皮影機器人自動演出等功能。針對皮影戲的編排與錄製，系統軟體則提供了動作編輯播放器與劇本編輯播放器，並在其中使用2D物理引擎、BPM探測算法以及動作自耦合算法提高皮影戲編排效率。系統在控制皮影機器人自動演出時，使用空間點對點映射算法保證其運動準確性。此外，在普通劇本表演模式之外，該皮影系統還設計能提高娛樂性和趣味性的智能即興表演模式，在該模式中使用相關的基音頻提取技術，使得系統能夠根據外界的聲音控制皮影做出相應的動作。機器人本身直接模擬皮影人進行表演的研究有聞澈等，在設計中加入皮影的成份，將傳統藝術與現代機械相結合，完成了 「西遊記皮影機器人」的設計。這種飽含中國風格的設計打破了國內機器人外觀設計的單一取材，有利於人們在這個快速發展的社會再次關注中國傳統的皮影戲。羅凱等設計的基於AVR單片機的皮影機器人，以ATmegaie單片機為核心控制器，通過單片機輸出控制PWM信號對舵機進行控制，驅動MG945舵機工作，實現皮影機器人的舞蹈動作。機器人由20個舵機組成，可以完成劈叉、下腰、側臥展體、單腿直立等高難度動作，具有與皮影共舞、機器人自主表演皮影戲等功能。西安理工大學發明的用於皮影表演的索驅動機電控制系統，在機械結構上，不再使用傳統的杆作為皮影人的支撐，而改用柔索提供拉力。考慮到皮影人的四肢運動各不幹涉，為了實現該過程的自動化，採要4個驅動電機驅動懸索，並通過一臺總控機對4個驅動分支進行協調控制。由於這種設計下的皮影人要固定在機械臺上，其背景與民間皮影有很大不同，即背景不可透光，為此，皮影人由幕後放至幕前，皮影人需採用有機玻璃加工製造，通過不同的黏貼圖裝飾使得人物造型多變，進而增強其藝術效果。其控制系統的硬體平臺包括DMC1410運動控制卡、步進驅動電機42HS03+兩相步進驅動器M415B和電源，基於VC++軟體實現皮影人的單曲動作，同時基於VC編制了交互式控制界面。專利號為201120295565. 9、公開號為2197353的「用於皮影表演的索驅動機電控制系統」和專利號為201120295980. 4、公開號為2196818的「用於皮影表演的索驅動與氣動結合控制系統」在皮影人機電(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，這與傳統的幕後操作不一致；另外，皮影人不能移動，僅能在固定位置做簡單的 四肢運動且四肢運動較緩慢；同時，四肢不能在身體的同側；另外，曲目單一，且不能根據音樂曲目的變化改變動作。
發明內容
本發明的目的在於提供一種皮影人自動表演控制系統，解決現有技術存在的皮影人不能移動且動作簡單、緩慢的問題，改善皮影人的投影效果。本發明的另一個目的是提供所述皮影人自動表演的控制方法。本發明的目的是這樣實現的，一種皮影人自動表演控制系統，包括皮影人且位於投影屏幕的後面，所述皮影人通過拉索、導向定滑輪與驅動電機連接。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導向定滑輪與驅動電機連接，至少兩個導向定滑輪設置在舞臺頂部的兩個邊角上，所述皮影人四肢上分別設有舵機，所述舵機通過PLC模塊實現對皮影人肢體動作的控制。所述拉索為兩根且與分別與兩個定滑輪連接，所述皮影人的身體重心設有配重鐵塊，所述配重鐵塊通過透明玻璃與磁鐵相吸。所述拉索為三根且與三個定滑輪連接，其中兩個定滑輪設置在舞臺頂部的兩個邊角上，其餘一個設置在舞臺底面的中間位置。所述皮影人在支撐框架內，所述拉索一端連接在所述皮影人的兩個手臂的控制點上，所述兩個手臂上的拉索分別為至少兩根且分別通過導向定滑輪與電機連接，兩個導向定滑輪設置在支撐框架頂部的兩側，所述支撐框架與絲槓傳動系統連接且通過電機、絲槓傳動系統來實現水平、豎直運動，所述絲槓包括橫向絲槓和縱向絲槓，所述電機通過PLC模塊實現對皮影人肢體動作的控制。所述兩個手臂控制點上的拉索分別為兩根且分別通過兩個導向定滑輪與電機連接，所述兩個手臂控制點上均設有配重塊，所述配重塊與拉索直接相連。所述兩個手臂控制點上的拉索分別為三根且分別與三個導向定滑輪連接，其中兩個導向定滑輪設置在舞臺頂部的兩個邊角上，其餘一個導向定滑輪設置在舞臺底面的中間位置。本發明的第二個目的是這樣實現的，一種皮影人自動表演控制方法，為通過PLC工作界面，利用3DMAX繪製三維皮影人形成3DS文件，將皮影人及其四肢動作通過軟體編程實現同步操作。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，則將動畫皮影人及其四肢動作通過軟體編程實現同步操作；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、顏色、面、點等信息，將動畫皮影人及其四肢動作通過軟體編程實現同步操作。所述控制方法還包括通過PLC工作界面選擇音樂曲目，調用預先編制好的基本動作子程序完成音樂曲目的播放；具體包括先在音樂的基本小節整數倍長度的小的時間段上編制舵機動作程序，形成資料庫，構成音樂曲目的基本動作子程序，演出時，確定音樂曲目，利用WinCC調用播放器播放音樂將曲目劃分為N個時間段，通過該音樂曲目的基本動作子程序，實現整曲與PLC控制程序的同時性，音樂曲目與電機動作的一致性。本發明具有如下有益效果，本發明利用柔索取代現有技術的杆件操控，實現皮影人在投影屏幕後的水平和豎直移動，同時也實現了四肢在身體同側的運動；結構緊湊，質量輕，控制方便；並通過PLC工作界面和軟體控制可以使皮影人隨音樂自動舞動，改善了皮影人的投影效果，提高了觀賞性。
圖I是本發明實施例I結構示意圖；圖2是圖I俯視圖；圖3是本發明實施例3結構示意圖；圖4是本發明實施例4結構示意圖；圖5是本發明實施例I皮影人可達空間仿真圖；圖6是本發明實施例2皮影人可達空間仿真圖；圖7是基於PLC的工作流程圖。圖中，I.投影屏幕，2.第一導向定滑輪，3.第二導向定滑輪，4.第一拉索，5.皮影人，6.右手臂動作舵機，7.左手臂動作舵機，8.右腿動作舵機，9.左腿動作舵機，10.第三導向定滑輪，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.橫向絲槓，19.第一電機，20.縱向絲槓，21.第二電機，22.左手配重塊，23.右手配重塊。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。 實施例I，一種皮影人自動表演控制系統，參見圖I、圖2，包括皮影人5且位於投影屏幕I的後面，皮影人5通過配重鐵塊14、磁鐵16和三根拉索通過導向定滑輪與驅動舵機連接，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且分別通過第一導向定滑輪2、第二導向定滑輪3和第三導向定滑輪10與驅動舵機連接，其中第一導向定滑輪2和第二導向定滑輪3設置在舞臺的兩個邊角上，第三導向定滑輪10設置在舞臺底面的中間位置。配重鐵塊14設置在皮影人5的身體重心，配重鐵塊14通過透明玻璃15與磁鐵16相吸。皮影人5四肢上分別設有舵機包括右手臂動作舵機6、左手臂動作舵機7、右腿動作舵機8和左腿動作舵機9，這些舵機通過PLC模塊實現對皮影人肢體動作的控制。皮影人5的動作原理為在舵機驅動下通過第一拉索4，第二拉索11和第三拉索17協調控制牽拉磁鐵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的軌跡運動，但兩者不會直接相吸，並且也避免了皮影人5由於質量輕產生晃動。皮影人5可能達到的舞臺位置如圖5所示。其導向定滑輪所在的出索口為A、B、C三點，因此其可達的空間為三點圍成的三角形區域。皮影人5自動表演控制方法為通過PLC工作界面，利用3DMAX繪製三維皮影人形成3DS文件，將皮影人及其四肢動作通過軟體編程實現同步操作。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，則將動畫皮影人及其四肢動作通過軟體編程實現同步操作；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、顏色、面、點等信息，將動畫皮影人及其四肢動作通過軟體編程實現同步操作。還包括通過PLC工作界面選擇音樂曲目，調用預先編制好的基本動作子程序完成 音樂曲目的播放；具體流程包括先在音樂的基本小節整數倍長度的小的時間段上編制舵機動作程序，形成資料庫，構成音樂曲目的基本動作子程序，演出時，確定音樂曲目，利用WinCC調用播放器播放音樂將曲目劃分為N個時間段，通過該音樂曲目的基本動作子程序，實現整曲與PLC控制程序的同時性，音樂曲目與舵機動作的一致性。實施例2，一種皮影人自動表演控制系統，包括皮影人5且位於投影屏幕I的後面，皮影人5通過配重鐵塊14與磁鐵16、拉索通過導向定滑輪與驅動舵機連接，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且分別通過第一導向定滑輪2和第二導向定滑輪3與舵機連接；第一導向定滑輪2和第二導向定滑輪3分別設置在舞臺頂部的兩個邊角上，皮影人5四肢上分別設有舵機包括右手臂動作舵機6、左手臂動作舵機7、右腿動作舵機8和左腿動作舵機9，這些舵機通過PLC模塊實現對皮影人肢體動作的控制。與實施例I不同的是，實施例2省略了第三根拉索17和其對應的導向定滑輪10。根據索驅動並聯機構理論，實現動平臺參考點(這裡為磁鐵16) 2個自由度完全約束運動至少需要3根拉索驅動，如果索驅動的動平臺具有一定的質量，相當於在無窮遠處有一根拉索對其進行牽拉，這時，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，當磁鐵16沿著舞臺水平運行，其可能達到的舞臺位置如圖6所示(皮影人5到達屏幕左側的某個位置時，沿重力方向擬定下拉索所在位置為Cl點，同樣到達屏幕右側某個位置時，沿重力方向擬定C2點，可見皮影人5可達空間會隨著重力方向的改變而改變，即，其幾乎可達到屏幕的任何一點)；與3根拉索牽拉的空間(如圖5所示，其導向定滑輪所在的出索口為A、B、C三點，因此其可達的空間為三點圍成的三角形區域，很明顯在三角形區域外無法達到，從而限制了其運動範圍)相比更大。因此，為了減少控制的複雜性，本實施例2中省略了實施例I中的拉索17和定滑輪10。此實施例用增大配重鐵塊14的質量來取代下面的拉索。控制方法為通過PLC工作界面，利用3DMAX繪製三維皮影人形成3DS文件，將皮影人及其四肢動作通過軟體編程實現同步操作。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，則將動畫皮影人及其四肢動作通過軟體編程實現同步操作；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、顏色、面、點等"[目息，將動畫皮影人及其四肢動作通過軟體編程實現同步操作。還包括通過PLC工作界面選擇音樂曲目，調用預先編制好的基本動作子程序完成音樂曲目的播放；具體流程包括先在音樂的基本小節整數倍長度的小的時間段上編制舵機動作程序，形成資料庫，構成音樂曲目的基本動作子程序，演出時，確定音樂曲目，利用WinCC調用播放器播放音樂將曲目劃分為N個時間段，通過該音樂曲目的基本動作子程序，實現整曲與PLC控制程序的同時性，音樂曲目與舵機動作的一致性。 實施例3，一種皮影人自動表演控制系統，如圖3所示，包括皮影人5且位於投影屏幕I的後面，皮影人5設置在支撐框架12內且通過拉索與導向定滑輪連接；拉索一端連接在皮影人5的身體重心、左手臂和右手臂上，身體重心和兩個手臂上的拉索分別為三根且分別通過三個導向定滑輪與驅動電機連接，其中兩個導向定滑輪設置在支撐框架12頂部的兩側，其餘一個導向定滑輪設置在支撐框架12底部，如圖3所示，A』，C』，G』是右手臂上的三根拉索對應的三個導向定滑輪的位置，B』，D』，H』是左手臂上的三根拉索對應的三個導向定滑輪的位置，這裡需要保證不同驅動臂上的索不在同一個平面，避免左右手臂上的拉索發生幹涉，即A』，C』，G』和B』，D』，H』處的定滑輪的出索口不應在同一個平面。支撐框架12設置在滾輪13上，驅動水平運動的第一電機19，驅動豎直運動的第二電機21分別驅動傳遞水平運動的橫向絲槓18和傳遞豎直運動的縱向絲槓20使得支撐框架12(包括皮影人、 拉索及其對應的定滑輪系統)沿著水平和豎直方向運動。皮影人5上肢上共設有6個電機，實現皮影人在固定位置處的手臂動作，若皮影人做水平和豎直運動則依靠驅動水平運動的第一電機19和驅動豎直運動的第二電機21來實現，這些電機通過PLC模塊實現對皮影人肢體動作的控制。控制方法為通過PLC工作界面，利用3DMAX繪製三維皮影人形成3DS文件，將皮影人及其肢體動作通過軟體編程實現同步操作。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，則將動畫皮影人及其肢體動作通過軟體編程實現同步操作；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、顏色、面、點等"[目息，將動畫皮影人及其肢體動作通過軟體編程實現同步操作。還包括通過PLC工作界面選擇音樂曲目，調用預先編制好的基本動作子程序完成音樂曲目的播放；具體流程包括先在音樂的基本小節整數倍長度的小的時間段上編制電機動作程序，形成資料庫，構成音樂曲目的基本動作子程序，演出時，確定音樂曲目，利用WinCC調用播放器播放音樂將曲目劃分為N個時間段，通過該音樂曲目的基本動作子程序，實現整曲與PLC控制程序的同時性，音樂曲目與電機動作的一致性。實施例4，由實施例I和實施例2的可達空間(如圖5和圖6所示)可知，當支撐框架12不產生水平和豎直方向運動時，對於皮影人手臂上控制點E』和F』的可達空間就是A』，C』，G』和B』，D』，H』分別圍成的三角形區域。為了增加在固定位置處，可控點E』和F』的空間最大化，提出了實施例4方案，如圖4所示，一種皮影人自動表演控制系統,包括皮影人5且位於投影屏幕I的後面，皮影人5固定在支撐框架12上，支撐框架12設置在滾輪13上，拉索一端連接在皮影人5的左手臂和右手臂控制點E』和F』上，在控制點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兩個導向定滑輪與驅動電機連接；身體中心設置在支撐框架12的中間部分，手臂的兩個導向定滑輪分別設置在支撐皮影人的框架12頂部的兩側。第一電機19和第二電機21分別驅動橫向絲槓18和縱向絲槓20使得皮影人支撐框架12沿著水平和豎直方向運動。如圖4所示，A』，C』是右手臂上的兩根根拉索對應的兩個導向定滑輪的位置，B』，D』是左手臂上的兩根拉索對應的兩個導向定滑輪的位置，這裡需要保證不同手臂上的拉索不在同一個平面，避免左右手臂上的拉索發生幹涉，即A』，C』和B』，D』處的定滑輪的出索口不應在同一個平面。另外，第一電機19和第二電機21分別驅動橫向絲槓18和縱向絲槓20使得皮影人隨支撐框架12沿著水平和豎直方向運動。皮影人5上肢上共設有4個電機，實現皮影人在固定位置處的手臂動作，若皮影人做水平和豎直運動則依靠第一電機19和第二電機21來實現，這些電機通過PLC模塊實現對皮影人肢體動作的控制。控制方法為通過PLC工作界面，利用3DMAX繪製三維皮影人形成3DS文件，將皮影人及其肢體動作通過軟體編程實現同步操作。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，則將動畫皮影人及其肢體動作通過軟體編程實現同步操作；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、顏色、面、點等"[目息，將動畫皮影人及其肢體動作通過軟體編程實現同步操作。還包括通過PLC工作界面選擇音樂曲目，調用預先編制好的基本動作子程序完成 音樂曲目的播放；具體流程包括先在音樂的基本小節整數倍長度的小的時間段上編制電機動作程序，形成資料庫，構成音樂曲目的基本動作子程序，演出時，確定音樂曲目，利用WinCC調用播放器播放音樂將曲目劃分為N個時間段，通過該音樂曲目的基本動作子程序，實現整曲與PLC控制程序的同時性，音樂曲目與電機動作的一致性。
權利要求
1.一種皮影人自動表演控制系統，其特徵在於包括皮影人(5)且位於投影屏幕(I)的後面，所述皮影人(5)通過拉索、導向定滑輪與驅動電機連接。
2.如權利要求I所述的皮影人自動表演控制系統，其特徵在於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導向定滑輪與驅動電機連接，至少兩個導向定滑輪設置在舞臺頂部的兩個邊角上，所述皮影人四肢上分別設有舵機，所述舵機通過PLC模塊實現對皮影人肢體動作的控制。
3.如權利要求2所述的皮影人自動表演控制系統，其特徵在於所述拉索為兩根且與分別與兩個定滑輪連接，所述皮影人(5)的身體重心設有配重鐵塊(14)，所述配重鐵塊(14)通過透明玻璃(15)與磁鐵(16)相吸。
4.如權利要求2所述的皮影人自動表演控制系統，其特徵在於所述拉索為三根且與三個定滑輪連接，其中兩個定滑輪設置在舞臺頂部的兩個邊角上，其餘一個設置在舞臺底面的中間位置。
5.如權利要求I所述的皮影人自動表演控制系統，其特徵在於所述皮影人(5)在支撐框架(12)內，所述拉索一端連接在所述皮影人(5)的兩個手臂的控制點上，所述兩個手臂上的拉索分別為至少兩根且分別通過導向定滑輪與電機連接，兩個導向定滑輪設置在支撐框架頂部的兩側，所述支撐框架與絲槓傳動系統連接且通過電機、絲槓傳動系統來實現水平、豎直運動，所述絲槓包括橫向絲槓(18 )和縱向絲槓(20 )，所述電機通過PLC模塊實現對皮影人肢體動作的控制。
6.如權利要求5所述的皮影人自動表演控制系統，其特徵在於所述兩個手臂控制點上的拉索分別為兩根且分別通過兩個導向定滑輪與電機連接，所述兩個手臂控制點上均設有配重塊，所述配重塊與拉索直接相連。
7.如權利要求5所述的皮影人自動表演控制系統，其特徵在於所述兩個手臂控制點上的拉索分別為三根且分別與三個導向定滑輪連接，其中兩個導向定滑輪設置在支撐框架(12)頂部的兩側，其餘一個導向定滑輪設置在支撐框架(12)的中間位置。
8.如權利要求1-7任一項所述皮影人自動表演控制方法，其特徵在於通過PLC工作界面，利用3DMAX繪製三維皮影人形成3DS文件，將皮影人及其四肢動作通過軟體編程實現同步操作。
9.如權利要求8所述的皮影人自動表演控制方法，其特徵在於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，則將動畫皮影人及其四肢動作通過軟體編程實現同步操作；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、顏色、面、點等信息，將動畫皮影人及其四肢動作通過軟體編程實現同步操作。
10.如權利要求8或9所述的皮影人自動表演控制方法，其特徵在於所述控制方法還包括通過PLC工作界面選擇音樂曲目，調用預先編制好的基本動作子程序完成音樂曲目的播放；具體包括先在音樂的基本小節整數倍長度的小的時間段上編制舵機動作程序，形成資料庫，構成音樂曲目的基本動作子程序，演出時，確定音樂曲目，利用WinCC調用播放器播放音樂將曲目劃分為N個時間段，通過該音樂曲目的基本動作子程序，實現整曲與PLC控制程序的同時性，音樂曲目與電機動作的一致性。
全文摘要
一種皮影人自動表演控制系統及控制方法，包括皮影人且位於投影屏幕的後面，所述皮影人通過拉索、導向定滑輪與驅動電機連接。本發明利用柔索取代現有技術的杆件操控，實現皮影人在投影屏幕後的水平和豎直移動，同時也實現了四肢在身體同側的運動；結構緊湊，質量輕，控制方便；並通過PLC工作界面和軟體控制可以使皮影人隨音樂自動舞動，改善了皮影人的投影效果，提高了觀賞性。
文檔編號A63J19/00GK102716587SQ20121019918
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月15日 優先權日2012年6月15日
發明者孔令飛, 孫靖萱, 李言, 湯奧斐, 袁啟龍, 鄭建明 申請人:西安理工大學