本發(fā)明應(yīng)用于舞臺(tái)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及到移動(dòng)舞臺(tái)不同運(yùn)動(dòng)模式的切換，尤其是針對(duì)移動(dòng)舞臺(tái)不同運(yùn)動(dòng)模式的切換，提出了一種簡(jiǎn)單有效的控制方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代演出中，為了更好達(dá)到藝術(shù)效果，需要控制全向移動(dòng)型舞臺(tái)配合演員進(jìn)行演出。全向移動(dòng)舞臺(tái)是一種四個(gè)全向輪耦合而成的全向移動(dòng)平臺(tái)，根據(jù)動(dòng)力與轉(zhuǎn)向控制需求共有八個(gè)電機(jī)組成，每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪上有獨(dú)立的動(dòng)力源，每個(gè)軸上均有獨(dú)立的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的移動(dòng)舞臺(tái)具有轉(zhuǎn)向半徑小、轉(zhuǎn)向穩(wěn)定容易等特點(diǎn)，尤其適用于演出中復(fù)雜場(chǎng)景的布景需求。

但針對(duì)現(xiàn)有的移動(dòng)舞臺(tái)，同一時(shí)刻只能實(shí)現(xiàn)曲線運(yùn)動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)模式簡(jiǎn)單，無(wú)法滿足現(xiàn)代舞臺(tái)演出多樣化的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的移動(dòng)舞臺(tái)無(wú)法滿足曲線運(yùn)動(dòng)并同時(shí)完成旋轉(zhuǎn)的需要，提供了移動(dòng)舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)模式的切換及其控制方法，可有效滿足演出藝術(shù)多樣化展示的需要。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案：

移動(dòng)舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)模式的切換及其控制方法，所述方法包括以下過(guò)程：

步驟1)建立移動(dòng)舞臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型：

移動(dòng)舞臺(tái)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，要想對(duì)其實(shí)現(xiàn)有效的控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)方式，首先要建立合理的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。移動(dòng)舞臺(tái)的位姿由三量(x,y,θ)描述。建立移動(dòng)舞臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，驅(qū)動(dòng)輪的切線方向的速度分量，見表達(dá)式(1)

其中

vnt,n＝1、2、3、4--驅(qū)動(dòng)輪切線方向速度分量

x--移動(dòng)舞臺(tái)在世界坐標(biāo)系x軸的坐標(biāo)值

y--移動(dòng)舞臺(tái)在世界坐標(biāo)系y軸的坐標(biāo)值

θ--移動(dòng)舞臺(tái)在世界坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)角

θ0--車體對(duì)角和側(cè)邊的夾角(對(duì)于結(jié)構(gòu)固定的車體，θ0為某一定值)

r--車體質(zhì)心到轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心的距離

r--轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)半徑

wn,n＝1、2、3、4--轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角速度

ρn,n＝1、2、3、4--轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與車體坐標(biāo)系x軸的夾角

驅(qū)動(dòng)輪的法線方向速度分量，見表達(dá)式(2)

vin,i＝1、2、3、4--驅(qū)動(dòng)輪法線方向速度分量

步驟2)設(shè)計(jì)控制方法，過(guò)程包括：

驅(qū)動(dòng)輪為普通輪子，故不管移動(dòng)舞臺(tái)做何種運(yùn)動(dòng)，須保證輪子法線方向的速度分量為零。

1)曲線運(yùn)動(dòng)

移動(dòng)舞臺(tái)單純做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪的法線方向速度分量，見表達(dá)式(3)

以第二驅(qū)動(dòng)輪為例，有

其中，(當(dāng)時(shí)，)

只要令

n為任意整數(shù)

即可保證v2n恒為零。同理可類推到其他輪子。

這里(i,n,m,k均為任意整數(shù))即為移動(dòng)舞臺(tái)單獨(dú)做曲線運(yùn)動(dòng)的控制方法。

2)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

移動(dòng)舞臺(tái)單純做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪的法線方向速度分量，見表達(dá)式(4)

以第二驅(qū)動(dòng)輪為例，有

只要令

n為任意正數(shù)

即可保證v2n恒為零。同理可類推到其他輪子。

這里(i,n,m,k均為任意整數(shù))即為移動(dòng)舞臺(tái)單獨(dú)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的控制方法。

3)曲線+旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

移動(dòng)舞臺(tái)做曲線+旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪的法線方向速度分量，見表達(dá)式(3)

以第二驅(qū)動(dòng)輪為例，有

其中，(當(dāng)時(shí)，)

只要滿足

n為任意整數(shù)

即可保證v2n恒為零。同理可類推到其他輪子。

這里以及(i,n,m,k均為任意整數(shù))即為移動(dòng)舞臺(tái)同時(shí)做曲線+旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的控制方法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的移動(dòng)舞臺(tái)只能實(shí)現(xiàn)曲線運(yùn)動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的模式，使用簡(jiǎn)單有效的控制策略擴(kuò)展了移動(dòng)舞臺(tái)的運(yùn)動(dòng)模式，豐富了演出的多樣化。

本發(fā)明主要執(zhí)行部分在移動(dòng)舞臺(tái)控制計(jì)算機(jī)上運(yùn)行實(shí)施。本方法應(yīng)用過(guò)程可以大致分為3個(gè)階段：

1、軌跡設(shè)置：在軌跡導(dǎo)入界面中，設(shè)定好運(yùn)動(dòng)軌跡。導(dǎo)入軌跡確認(rèn)后，由控制計(jì)算機(jī)將預(yù)設(shè)軌跡數(shù)據(jù)存入flash存儲(chǔ)單元中，通過(guò)控制計(jì)算機(jī)將預(yù)設(shè)軌跡分解為矩陣(均是時(shí)間t的函數(shù))并將數(shù)據(jù)存入flash存儲(chǔ)單元中保存。

2、參數(shù)設(shè)置：在參數(shù)導(dǎo)入界面中，輸入式(1)中r、r、θ0值。根據(jù)預(yù)設(shè)軌跡分解得到的矩陣設(shè)定ρ1，ρ2，ρ3，ρ4的初始值以及w1，w2，w3，w4的值；輸入?yún)?shù)確認(rèn)后，由控制計(jì)算機(jī)將設(shè)置數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)單元flash中保存。ρ1，ρ2，ρ3，ρ4的初始值以及w1，w2，w3，w4的值設(shè)定規(guī)則如下(初始θ＝0)：(1)若則初始時(shí)刻

(2)若則初始時(shí)刻[w1w2w3w4]^t＝[0000]^t；(3)若則初始時(shí)刻

3、在線運(yùn)行：點(diǎn)擊組態(tài)界面“運(yùn)行”按鈕，移動(dòng)舞臺(tái)的控制計(jì)算機(jī)從flash存儲(chǔ)中讀取參數(shù)設(shè)置時(shí)導(dǎo)入的參數(shù)，并從flash存儲(chǔ)中讀取經(jīng)過(guò)軌跡分解之后矩陣的數(shù)據(jù)，執(zhí)行“移動(dòng)舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制程序”，通過(guò)讀取導(dǎo)入的設(shè)置參數(shù)，控制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的初始角度及轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)舞臺(tái)不同運(yùn)動(dòng)模式的自動(dòng)切換。

附圖說(shuō)明

圖1是移動(dòng)舞臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的技術(shù)方案、設(shè)計(jì)思路能更加清晰，下面再進(jìn)行詳盡的描述。

移動(dòng)舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)模式的切換及其控制方法，所述方法包括以下過(guò)程：

步驟1)建立移動(dòng)舞臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型：

移動(dòng)舞臺(tái)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，要想對(duì)其實(shí)現(xiàn)有效的控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)方式，首先要建立合理的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。移動(dòng)舞臺(tái)的位姿由三量(x,y,θ)描述。建立移動(dòng)舞臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，驅(qū)動(dòng)輪的切線方向的速度分量，見表達(dá)式(1)

其中

vnt,n＝1、2、3、4--驅(qū)動(dòng)輪切線方向速度分量

x--移動(dòng)舞臺(tái)在世界坐標(biāo)系x軸的坐標(biāo)值

y--移動(dòng)舞臺(tái)在世界坐標(biāo)系y軸的坐標(biāo)值

θ--移動(dòng)舞臺(tái)在世界坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)角

θ0--車體對(duì)角和側(cè)邊的夾角(對(duì)于結(jié)構(gòu)固定的車體，θ0為某一定值)

r--車體質(zhì)心到轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心的距離

r--轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)半徑

wn,n＝1、2、3、4--轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角速度

ρn,n＝1、2、3、4--轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與車體坐標(biāo)系x軸的夾角

驅(qū)動(dòng)輪的法線方向速度分量，見表達(dá)式(2)

vin,i＝1、2、3、4--驅(qū)動(dòng)輪法線方向速度分量。

步驟2)設(shè)計(jì)控制方法，過(guò)程包括：

驅(qū)動(dòng)輪為普通輪子，故不管移動(dòng)舞臺(tái)做何種運(yùn)動(dòng)，須保證輪子法線方向的速度分量為零。

1)曲線運(yùn)動(dòng)

移動(dòng)舞臺(tái)單純做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪的法線方向速度分量，見表達(dá)式(3)

以第二驅(qū)動(dòng)輪為例，有

其中，(當(dāng)時(shí)，)

只要令

n為任意整數(shù)

即可保證v2n恒為零。同理可類推到其他輪子。

這里(i,n,m,k均為任意整數(shù))即為移動(dòng)舞臺(tái)單獨(dú)做曲線運(yùn)動(dòng)的控制方法。

2)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

移動(dòng)舞臺(tái)單純做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪的法線方向速度分量，見表達(dá)式(4)

以第二驅(qū)動(dòng)輪為例，有

只要令

n為任意正數(shù)

即可保證v2n恒為零。同理可類推到其他輪子。

這里(i,n,m,k均為任意整數(shù))即為移動(dòng)舞臺(tái)單獨(dú)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的控制方法。

3)曲線+旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

移動(dòng)舞臺(tái)做曲線+旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪的法線方向速度分量，見表達(dá)式(3)

以第二驅(qū)動(dòng)輪為例，有

其中，(當(dāng)時(shí)，)

只要滿足

n為任意整數(shù)

即可保證v2n恒為零。同理可類推到其他輪子。

這里以及(i,n,m,k均為任意整數(shù))即為移動(dòng)舞臺(tái)同時(shí)做曲線+旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的控制方法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的移動(dòng)舞臺(tái)只能實(shí)現(xiàn)曲線運(yùn)動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的模式，使用簡(jiǎn)單有效的控制策略擴(kuò)展了移動(dòng)舞臺(tái)的運(yùn)動(dòng)模式，豐富了演出的多樣化。

實(shí)施例1為移動(dòng)舞做曲線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，具體操作過(guò)程：

1、在軌跡導(dǎo)入界面中，設(shè)定好運(yùn)動(dòng)軌跡。本實(shí)例的設(shè)定軌跡為移動(dòng)舞臺(tái)沿世界坐標(biāo)系x軸以1m/s速度。經(jīng)過(guò)軌跡分解后得到矩陣(均是時(shí)間t的函數(shù))，矩陣參數(shù)如下：

其中的單位均為m/s，的單位為rad/s。

將軌跡分解得到的矩陣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在flash存儲(chǔ)中。

2、在參數(shù)設(shè)置界面中，輸入移動(dòng)舞臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型基本參數(shù)，如下：

r＝0.2m，r＝1.0m，

做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)的控制方法為：(i,n,m,k均為任意整數(shù))

其中，(當(dāng)時(shí)，)

則初始時(shí)刻

[w1w2w3w4]^t＝[0000]^t；

3、在線運(yùn)行：點(diǎn)擊組態(tài)界面“運(yùn)行”按鈕，移動(dòng)舞臺(tái)的控制計(jì)算機(jī)從flash存儲(chǔ)中讀取參數(shù)設(shè)置時(shí)導(dǎo)入的參數(shù)，并從flash存儲(chǔ)中讀取經(jīng)過(guò)軌跡分解之后矩陣的數(shù)據(jù)，執(zhí)行“移動(dòng)舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制程序”，通過(guò)讀取導(dǎo)入的設(shè)置參數(shù)，控制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的初始角度及轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)舞臺(tái)不同運(yùn)動(dòng)模式的自動(dòng)切換。

實(shí)施例2為移動(dòng)舞做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，具體操作過(guò)程：

1、在軌跡導(dǎo)入界面中，設(shè)定好運(yùn)動(dòng)軌跡。本實(shí)例的設(shè)定軌跡為移動(dòng)舞臺(tái)沿世界坐標(biāo)系原點(diǎn)以0.2rad/s做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)軌跡分解后得到矩陣(均是時(shí)間t的函數(shù))，矩陣參數(shù)如下：

其中的單位均為m/s，的單位為rad/s。

將軌跡分解得到的矩陣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在flash存儲(chǔ)中。

2、在參數(shù)設(shè)置界面中，輸入移動(dòng)舞臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型基本參數(shù)，如下：

r＝0.2m，r＝1.0m，

做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的控制方法為：(i,n,m,k均為任意整數(shù))

則初始時(shí)刻

[w1w2w3w4]^t＝[0000]^t；

3、在線運(yùn)行：點(diǎn)擊組態(tài)界面“運(yùn)行”按鈕，移動(dòng)舞臺(tái)的控制計(jì)算機(jī)從flash存儲(chǔ)中讀取參數(shù)設(shè)置時(shí)導(dǎo)入的參數(shù)，并從flash存儲(chǔ)中讀取經(jīng)過(guò)軌跡分解之后矩陣的數(shù)據(jù)，執(zhí)行“移動(dòng)舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制程序”，通過(guò)讀取導(dǎo)入的設(shè)置參數(shù)，控制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的初始角度及轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)舞臺(tái)不同運(yùn)動(dòng)模式的自動(dòng)切換。

實(shí)施例3為移動(dòng)舞做旋轉(zhuǎn)+曲線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，具體操作過(guò)程：

1、在軌跡導(dǎo)入界面中，設(shè)定好運(yùn)動(dòng)軌跡。本實(shí)例的設(shè)定軌跡為移動(dòng)舞臺(tái)沿世界坐標(biāo)系x軸以0.2m/s速度做直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)以0.2rad/s做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)軌跡分解后得到矩陣(均是時(shí)間t的函數(shù))，矩陣參數(shù)如下：

其中的單位均為m/s，的單位為rad/s。

將軌跡分解得到的矩陣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在flash存儲(chǔ)中。

2、在參數(shù)設(shè)置界面中，輸入移動(dòng)舞臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型基本參數(shù)，如下：

r＝0.2m，r＝1.0m，

做曲線+旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的控制方法：(i,n,m,k均為任意整數(shù))

則初始時(shí)刻

[w1w2w3w4]^t＝[-0.1-0.1-0.1-0.1]^t；

3、在線運(yùn)行：點(diǎn)擊組態(tài)界面“運(yùn)行”按鈕，移動(dòng)舞臺(tái)的控制計(jì)算機(jī)從flash存儲(chǔ)中讀取參數(shù)設(shè)置時(shí)導(dǎo)入的參數(shù)，并從flash存儲(chǔ)中讀取經(jīng)過(guò)軌跡分解之后矩陣的數(shù)據(jù)，執(zhí)行“移動(dòng)舞臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制程序”，通過(guò)讀取導(dǎo)入的設(shè)置參數(shù)，控制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的初始角度及轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)舞臺(tái)不同運(yùn)動(dòng)模式的自動(dòng)切換。

以上闡述的是本發(fā)明給出的三個(gè)實(shí)施例所表示的不同運(yùn)動(dòng)模式下的控制方法。需要指出，上述實(shí)施例用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出的任何修改，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。