[发明专利]一种使用机械臂模拟掌中木偶表演的方法

说明书

一种使用机械臂模拟掌中木偶表演的方法，涉及木偶表演。包括以下步骤：1)机械臂结构设计：根据真人肢体骨骼和掌中木偶整体构造，设计出机械臂各个子关节的基础原型，映射为具体的电机构件进行拼装；在操控时，将木偶直接包裹在机械臂小臂部分上；2)机械臂动作仿真；3)通讯指令转化：根据系统的通讯协议，将三维仿真的关键帧姿态结果转化为相应的指令格式；4)建立、存储及调用机械臂动作库；5)控制机械臂模拟掌中木偶表演。引入机械臂作为掌中木偶戏表演的物质载体，实现该传统技艺的人机迁移，可应用于表演、展示、教学等多个互动场景，为探索开创非物质文化遗产的数字化保护与传播提供新模式。

技术领域

本发明涉及木偶表演，尤其是涉及一种使用机械臂模拟掌中木偶表演的方法。

背景技术

传统掌中木偶戏表演技艺的对外传播主要以剧团巡回演出为主，受到极大的人力条件限制；且当代观众已经不满足于被动观看掌中木偶表演，更希望参与到操纵木偶的体验中，而传统掌中木偶戏缺乏提供可互动的方式。在考虑戏剧交互化的过程中，一些现有方法使用了虚拟现实技术，结合动作捕捉设备来操纵虚拟掌中木偶。但实际演示效果中，这些方法弱化了传统掌中木偶制作工艺表现出的艺术价值，缺乏直观的掌中木偶表演视觉体验。

中国专利CN201120133417.7公开机器人控制的木偶表演装置，包括控制器、连接所述控制器的电机、杖头木偶、提线木偶，其特征在于，还包括连接所述电机的杖头木偶机械操纵臂和提线木偶机械操纵臂、以及连接所述控制器的喷水装置和语音播放装置。通过控制器控制电机以及舵机，使杖头木偶、提线木偶、以及兽首木偶在机械操纵臂的控制下进行惟妙惟肖的表演，并结合音频播放装置播放语音和音乐，其舞台结构新颖、表演形式创新，能带给人们较高的视觉享受。

发明内容

本发明的目的在于提供引入机械臂作为掌中木偶戏表演的物质载体，实现该传统技艺的人机迁移，可应用于表演、展示、教学等多个互动场景，为探索开创非物质文化遗产的数字化保护与传播提供新模式的一种使用机械臂模拟掌中木偶表演的方法。

本发明包括以下步骤：

1)机械臂结构设计：根据真人肢体骨骼和掌中木偶整体构造，设计出机械臂各个子关节的基础原型，映射为具体的电机构件进行拼装；

2)机械臂动作仿真；

3)通讯指令转化：根据系统的通讯协议，将三维仿真的关键帧姿态结果转化为相应的指令格式；

4)建立、存储及调用机械臂动作库；

5)将木偶直接包裹在机械臂小臂部分，控制机械臂模拟掌中木偶表演。

在步骤1)中，所述机械臂可包括底座、大臂部分和小臂部分；大臂部分的下端设在底座上，大臂部分的上端与小臂部分相连；大臂部分用于控制木偶整体的刚体位移运动，大臂部分设有3根臂杆和6个活动关节，在6个活动关节内分别设有大型步进电机；活动关节用于模拟表演者的上肢，包含肩部、肘部和腕部，6个活动关节的6个自由度为每个部位提供了两个关节轴向的旋转能力；小臂部分用于控制木偶头部和四肢的旋转运动，小臂部分设有与大臂连接的支架、7根臂杆和6个步进电机，对应木偶整体构造，包含头部、肩部、臂部和腿部，共有7个自由度。

在步骤2)中，所述机械臂动作仿真的具体方法可为：利用三维仿真软件对机械臂建模，分析各个关节的运动范围和运动轴向，并绑定反向动力学系统进行木偶表演姿势的调整；基于机械臂关节的轴向，提炼出两个单局部方向维度的基本动作：螺旋和屈伸，使所有木偶表演动作都可以表示为这两个维度基本动作(屈伸和螺旋)的加权向量组合，方便机械臂通讯指令的计算。