整体动态变形府衙牌楼组合机械特效展演装置的制作方法

本实用新型涉及多媒体演播工程展示设备的结构改进技术，尤其是整体动态变形府衙牌楼组合机械特效展演装置。

背景技术：

多媒体演播工程由于项目复杂，涉及机械、自动化控制、表面装饰诸多工种，并需与投影系统及影像制作密切配合，制作工艺精度高、现场安装难度大、系统调试强度大，在工程实施中会遇到诸多困难及技术难题，需要通过不断调整设计方案、优化制作工艺、定制非标部件、强化现场调试等措施逐一解决技术难点。

多媒体演播工程展馆现场是一个封闭的空腔建筑，加之四周墙面都作为投影面，没有办法做吸声处理，建筑声学环境相当差，把正常的机械运行声响放大，影响观演效果。现有技术对于实现府衙牌楼整体动态变形尚没有公开。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供整体动态变形府衙牌楼组合机械特效展演装置。

本实用新型的目的将通过以下技术措施来实现：包括府衙牌楼、石狮门墩、边屋顶、中屋顶、飞檐、牌匾、三相异步电机、步进电机、立架、直线导轨和底平移架；府衙牌楼内部结构有框架式的立架，在立架上端水平安装直线导轨，立架底端水平固定底平移架，府衙牌楼外前侧或后侧两旁对称各安装一座石狮门墩，在立架上部中间安装一个中屋顶，在直线导轨中部两侧各安装一个边屋顶，在直线导轨两侧外端各安装一个飞檐，在立架前侧对应中屋顶下方安装一牌匾；石狮门墩、边屋顶、中屋顶、飞檐和牌匾分别通过传动或驱动装置连接安装在立架上的三相异步电机或步进电机。

尤其是，立架内上部前侧竖立安装前升降支架，前升降支架上端与边屋顶后侧连接。

尤其是，府衙牌楼外部正面或侧面对应开有接纳石狮门墩、飞檐或牌匾隐藏的自动启闭专用门。

尤其是，石狮门墩在隐藏位置与前侧展现位置之间的转动的驱动装置、顶部两侧二边屋顶分别水平分离外移或相向靠近平移驱动装置、顶部中间的中屋顶升起呈现或下降隐藏驱动装置、顶部两侧外端的二飞檐向外伸出或向内收藏驱动装置以及中部牌匾翻转展现驱动装置分别连接三相异步电机或步进电机，三相异步电机或步进电机进一步的分别连接PLC1可编程逻辑控制器和PLC3可编程逻辑控制器，PLC1可编程逻辑控制器和PLC3可编程逻辑控制器进一步的连接上位机。

尤其是，府衙牌楼内部结构前侧包括一具有四根立柱23的门形框架，部分电动推杆或三相异步电机前端与立柱连接。

尤其是，牌匾通过连杆机构安装在府衙牌楼内部结构的前侧上。

尤其是，府衙牌楼上的步进电机与上位机连接，上位机经串口通讯连接PLC1可编程逻辑控制器，PLC1可编程逻辑控制器进一步依次连接步进驱动器和步进电机，府衙牌楼上安装的限位开关与PLC1可编程逻辑控制器连接，当限位开关触发时，产生极限位反馈信号直接传送给PLC1可编程逻辑控制器。

尤其是，府衙牌楼上的步进电机与上位机连接，上位机经串口通讯连接PLC3可编程逻辑控制器并通过开始信号交互通讯，PLC3可编程逻辑控制器分别连接三相异步电机和步进驱动器，三相异步电机一路直接连接边屋顶、中屋顶、飞檐和牌匾的移动或翻转驱动装置，步进驱动器一路通过步进电机连接石狮门墩转动移动装置，这二路在移动到位后会分别触发不同的与PLC3可编程逻辑控制器连接的限位开关。

尤其是，石狮门墩2的旋转移动装置在府衙牌楼左、右二侧底部各对称安装一套，每套旋转移动装置包括依次铰接连接的一部步进电机、一部大臂和一部小臂，石狮门墩底部连接小臂外端，大臂内端与步进电机,轴连接。

本实用新型的优点和效果：通过机械动态变形变化与多媒体声像同步运行，打破常规在静态景面投影的多媒体展示手段，迅捷展现生动写实的二种不同外形结构变化立体造型，安全保护与运行稳定性突出,各部分间的无相互干扰，提高启动速度，同时也降低了故障率，减少故障恢复时间。宜于结合自动化程控管理，使整个展馆的展演更加生动，符合舞美创意和现场实时视觉效果，更富有表现力。不但可适用于展馆室内环境，而且有推广到建筑外墙、户外移动展示和影视基地建设项目，而且在户外动态雕塑、立体变形广告或立体变形路标等领域的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中装置内部结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中装置推出展开时的内部结构示意图。

图3为本实用新型实施例1中装置收缩变形后的内部结构示意图。

图4为本实用新型实施例1中石狮门墩在装置变形时移动结构及轨迹示意图。

图5为本实用新型实施例1中装置内部立柱及丝杆连接结构示意图。

图6为本实用新型实施例1中装置中部垂剖面结构示意图。

图7-1和图7-2分别为本实用新型实施例1中装置整体控制与变形结构示意图。

图8-1、图8-2和图8-3分别为本实用新型实施例1中装置牌楼外形结构的主、侧和俯视示意图。

图9为本实用新型实施例1中牌楼整体推出动作控制原理示意图。

图10为本实用新型实施例1中屋顶等移动变形动作控制原理示意图。

附图标记包括：

府衙牌楼1、石狮门墩2、边屋顶3、中屋顶4、飞檐5、牌匾6、电动推杆7、三相异步电机8、步进电机9、PLC1可编程逻辑控制器10、上位机11、PLC3可编程逻辑控制器12、立架13、直线导轨14、四连杆伸缩架15、底平移架16、前升降支架17、步进驱动器18、限位开关19、大臂20、小臂21、石狮移动轨迹22、立柱23。

具体实施方式

本实用新型原理在于，在安装调试中，采取中屋顶推出，两侧飞檐伸出结构，机械组件与安装墙体脱离固体连接，并重新设计飞檐伸出的驱动方式，重新加工组件。

本实用新型可以将机械特效装置分解为二个独立的展演单元牌楼变体组合。

本实用新型包括：府衙牌楼1、石狮门墩2、边屋顶3、中屋顶4、飞檐5、牌匾6、三相异步电机8、步进电机9、立架13、直线导轨14和底平移架16。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如附图1所示，府衙牌楼1内部结构有框架式的立架13，在立架13上端水平安装直线导轨14，立架13底端水平固定底平移架16，府衙牌楼1外前侧或后侧两旁对称各安装一座石狮门墩2，在立架13上部中间安装一个中屋顶4，在直线导轨14中部两侧各安装一个边屋顶3，在直线导轨14两侧外端各安装一个飞檐5，在立架13前侧对应中屋顶4下方安装一牌匾6；石狮门墩2、边屋顶3、中屋顶4、飞檐5和牌匾6分别通过传动或驱动装置连接安装在立架13上的三相异步电机8或步进电机9。府衙牌楼1由立架13提供刚性支撑，同时，立架13还可以自身后部固定在背景墙上以增强结构强度。

前述中，府衙牌楼1正面中部有中正门，在中正门两旁分别有一面立柱门或立壁。

前述中，立架13内上部前侧竖立安装前升降支架17，前升降支架17上端与边屋顶3后侧连接。

前述中，府衙牌楼1外部正面或侧面对应开有接纳石狮门墩2、飞檐5或牌匾6隐藏的自动启闭专用门。

前述中，府衙牌楼1完全推出展开时，如附图2所示，二侧二石狮门墩2分别位于中正门两旁，石狮门墩2的转动机构隐藏在府衙牌楼1内部结构立架13下端的底平移架16内，中屋顶4在电动推杆7顶起推出状态下升起并与两边的二侧的边屋顶3平齐，牌匾6向外推出并翻转，顶部两侧外端二飞檐5分别沿府衙牌楼1内部结构的立架13上端水平安装的直线导轨14伸出；府衙牌楼1收起变形后，如附图3所示，二侧二石狮门墩2分别转动隐藏到府衙牌楼1后，中屋顶4在电动推杆7收缩状态下收起降落并隐藏到府衙牌楼1内部结构中，二侧的边屋顶3沿直线导轨14平移靠拢，牌匾6向内收紧，顶部两侧外端二飞檐5分别沿直线导轨14相向平移收缩隐藏在二边屋顶3后侧的立架13中。

前述中，步进驱动器18机械机构为下端的滚珠丝杆螺母和上端的T型丝杆螺母，丝杆导程10毫米；移动行程300毫米，移动周期3-5秒，加减速启动停止；移动质量约400kg，在4条直线导轨上滑行；初始位置与周边墙面平齐，可根据多媒体影像设置100-300毫米，推出300毫米为演出时位置。

前述中，如附图5所示，府衙牌楼1内部结构前侧包括一具有四根立柱23的门形框架，部分电动推杆7或三相异步电机8前端与立柱23连接。

前述中，如附图6所示，牌匾6通过连杆机构安装在府衙牌楼1内部结构的前侧上。同时，中屋顶4通过电动推杆7连接一部三相异步电机8，该部三相异步电机8安装在府衙牌楼1内部结构的后侧。

本实施例中，如附图7-1和图7-2所示，作为整体变形与控制结构，石狮门墩2在隐藏位置与前侧展现位置之间的转动的驱动装置、顶部两侧二边屋顶3分别水平分离外移或相向靠近平移驱动装置、顶部中间的中屋顶4升起呈现或下降隐藏驱动装置、顶部两侧外端的二飞檐5向外伸出或向内收藏驱动装置以及中部牌匾6翻转展现驱动装置分别连接三相异步电机8或步进电机9，三相异步电机8或步进电机9进一步的分别连接PLC1可编程逻辑控制器10和PLC3可编程逻辑控制器12，PLC1可编程逻辑控制器10和PLC3可编程逻辑控制器12进一步的连接上位机11。PLC1可编程逻辑控制器10和PLC3可编程逻辑控制器12采用基于PLC的8路脉冲分配方案，动作速度可无极调节。

本实施例中，如附图8-1、图8-2和图8-3所示，府衙牌楼1中通过结合多媒体按时序组合整体推出与缩回动作变化变形实现，牌楼尺寸长约6.5米，高约5.8米，府衙的整体尺寸为：长约13.7米、高约6米；府衙牌楼1结合多媒体整体推出与缩回100-300cm，伸缩位置均有行程开关限位。府衙牌楼1以外观多处细节部位显著变形方式的深浮雕形式呈现突出的立体效果。

如附图9所示，府衙牌楼1动作变化的执行机构由8个57步进电机同步运行控制完成，通过PLC1可编程逻辑控制器10程序控制整体推出与缩回动作。府衙牌楼1动作变化动作开始信号由上位机11给出，经串口通讯发送给PLC1可编程逻辑控制器10，由PLC1可编程逻辑控制器10控制牌楼按多媒体影像变化而动作，动作状态与报警信息均可由通讯反馈至上位机11上监控。即，上位机11与PLC1可编程逻辑控制器10通过开始信号交互通讯，PLC1可编程逻辑控制器10依次发布输送动作指令经过步进驱动器18和步进电机9到府衙牌楼1的整体推出驱动电机，而府衙牌楼1的整体推出时触发限位开关19时，产生极限位反馈信号直接传送给PLC1可编程逻辑控制器10停定。

如附图10所示，实现府衙的整体组合动态变形时，通过PLC3可编程逻辑控制器12控制景观大门的侧方伸缩；3块门檐侧方、正前方伸缩与升降、石狮门墩2的轨迹运动及旋转运动等动作，执行机构由步进电机9与普通三相异步电机8配减速机完成。即，上位机11与PLC3可编程逻辑控制器12通过开始信号交互通讯，PLC3可编程逻辑控制器12分别发布输送动作指令给三相异步电机8和步进驱动器18，三相异步电机8一路直接驱动边屋顶3、中屋顶4、飞檐5和牌匾6移动或翻转，步进驱动器18一路通过步进电机9带动石狮门墩2移动，这二路在移动到位后会分别触发不同的限位开关19产生极限位反馈信号直接传送给PLC3可编程逻辑控制器12停定。

在本实施例中，石狮门墩2旋转由机械系统完成，如附图4所示，石狮门墩2的旋转移动装置在府衙牌楼1左、右二侧底部各对称安装一套，每套旋转移动装置包括依次铰接连接的一部步进电机9、一部大臂20和一部小臂21，石狮门墩2底部连接小臂21外端，大臂20内端与步进电机9轴连接。步进电机9轴旋转时带动大臂20以步进电机9轴为圆心转动，而小臂21外端在向前的拖动力和自重和摩擦力复合作用下，自然拖动石狮门墩2沿移动，形成矩形石狮移动轨迹22，实现石狮门墩2沿石狮移动轨迹22完成从府衙牌楼1前侧旁展现到隐藏于府衙牌楼1侧旁石狮门后的往复移动，自然的，该石狮门应按时序准确配合启闭。同时，在石狮门墩2旋转移动时，由大臂20和小臂21触发限位开关经过反射给驱动电机，影响步进电机9启停，以控制其驱动力输出。其中：

大臂20驱动电机为0.5kw交流伺服步进电机9，额定转速3000rpm，减速机为NMRV075蜗轮蜗杆减速机，减速比100，步进电机9到减速机用同步带传动，传动比1:3。大臂20运行角度234度，时间约4秒，驱动质量为大臂20、小臂21和狮子门墩2造型质量合计约40kg，大臂20末端有支撑轮摩擦阻力。

小臂21驱动电机为0.2kw交流伺服步进电机9，额定转速3000rpm。减速机为NMRV025/040，扭矩59Nm，速比300，驱动质量约25kg，运行角度234度，时间约4秒。

在本实施例中，电动推杆7型号TG-400B，行程200毫米，45mm/s，300N。作为电机传动构件，直流24V电动推杆共7套如下：中屋顶4升降1套，石狮门墩2开门2套，飞檐5开门2套，中屋顶4门1套，牌匾6升降1套，上述电动推杆7设计时全部采用全行程为工作行程，即不需要另加行程开关来停止，但不能直接从中获取位置信号除外。

在本实施例中，在立架13上，府衙牌楼1正面的立柱门或立壁后侧安装移动驱动装置有2套，每套包括1个86步进电机9。两套同步向两边或中间移动。移动质量每套约100kg，移动周期5.3秒，在直线导轨14上移动，移动距离630毫米。驱动机构为滚珠丝杠螺母组，丝杆导程5毫米；两侧的二组边屋顶3升降加移动2套，边屋顶3升时向外移动，降时向内移动，移动质量每套约100kg，水平移动距离630毫米，升降距离472毫米。低位起升时转矩最大，为618Nm。需要配重50kg，力臂630毫米，配重力矩309Nm，需要驱动力矩309Mm，采用1个71B4三相异步电机8变频加减速驱动，功率0.37kw，驱动机构为NMRV040/075双级蜗轮蜗杆减速机加摆杆，摆杆长度630，摆杆摆动角度77.3度，减速机减速比400，输出扭矩498Nm，平衡用配重50-80kg，两侧的二组边屋顶3移动周期约3.7秒。中屋顶4前后移动1套，包括一部4极0.25kw三相异步电机8，驱动机构为滚珠丝杠，滚珠丝杠一端左旋一端右旋，丝杆导程25毫米，螺母移动距离1063毫米；电动机到丝杆用皮带轮传动。机构速度曲线为正弦曲线，移动质量20kg，移动距离1米。飞檐5前后移动2套。

本实施例中，将石狮门墩2移动开环控制改为闭环控制，优化运行轨迹，首先保证石狮门墩2与小门不碰擦，在调试过程中不断优化完善，确保安全顺畅运行。

本实施例中，系统中均装有限位开关19作为极限位置的行程开关，可将动作到位信号反馈给上位机11，上位机11的控制柜上有故障指示与急停按钮，操作员若发现异常情况，控制柜体上的故障指示灯可给出故障指示，并可通过急停按钮一键停车，避免发生意外,同时在上位机11中可监视各动作的运行状况与故障信息，有效降低了机械运行噪声。

本实用新型中，控制系统的安全保护与运行稳定性突出,整个控制过程分为二个独立的控制部分，避免了各部分间的相互干扰，提高了系统启动速度，同时也降低了故障率，减少故障恢复时间；系统中均装有极限位置的行程开关，可将动作到位信号反馈给上位机。为了配合展厅多媒体视频演示进行的专业设计与制作，府衙牌楼1表面处理采用艺术造型并涂饰投影影像显示的专用涂料，通过计算机程序运行使与牌楼及府衙机械动态变化与多媒体声像同步运行，打破常规在静态景面投影的多媒体展示手段，使整个展馆的展演更加生动、更富有表现力。