一种新型动感座椅设备

王红州 占晓煌 邹晓晖 陈润六

改革开放40多年来，我国取得了举世瞩目的成就，国民生产总值保持强劲增长的态势，人民的物质生活水平得到极大的提高。在经济发展的同时，文化娱乐产业也在不断地进行探索，且在形式和内容方面都融入了新的创意和高科技。电影作为一种文化传播的载体，受到人们的青睐，特别是新兴的动感电影。动感电影也叫4D电影，它在3D电影的基础上增加了可随电影情节运动的座椅，与传统电影的不同之处在于，观众可以跟着剧情“动”起来。如果说传统电影是“视”“听”结合的艺术，那么动感电影还要加一个“动”的艺术。它能让人坐在一个特殊的平台上，跟随着剧情动起来，通过升降、平移、俯冲等运动，让观众真正投入地观赏影片，身临其境地体验海底探险、太空旅行或陆上疾驰等带来的惊心动魄。4D电影凭借其独特而有魅力的演绎形式获得了大量观影者的喜爱，因此在国内快速走红。

动感电影所运用的主要技术亮点是能跟随剧情而移动的运动平台或运动座椅，借助液压传动或其他传动形式，使平台或椅子移动，常见的动感座椅有三个或六个自由度。所谓三自由度动感座椅是指载体可做升降、俯仰、摆动三种运动，而六自由度动感座椅是指载体除了做升降、摆动这三种运动外，还增加了前后、左右和转向三种运动，总共六种运动方式。平台式动感座椅一般采用六自由度运动方式，可加装6～30人的座椅，运动驱动和控制系统仅用一套，人均制造费用更低。但在同一平台上，由于中间位置的运动幅度小，边缘位置的运动幅度大，座位不同的人，感受到的感官刺激不同。座椅式动感电影一般采用三自由度运动方式，一张座椅可乘坐2或4人。动感影院的大小由安装座椅的多少而定，组装方便，动感效果好。可是由于每套座椅都有各自的运动驱动和控制系统，所以制造成本较高。

六自由度动感座椅与三自由度动感座椅相比有更强的模拟能力。但是，影院座椅需求数量较多，平台式动感座椅难以在这样的影厅中安装。目前院线级别的4D影厅只能安装三自由度动感座椅，而且大多是四位一体的动感座椅。

市面上动感影院的三自由度动感座椅将3-RPS并联机构用作执行机构，该机构由3条可伸缩的主动支链与动平台组成，主动支链一端通过转动副与机架连接，另一端通过球铰与动平台连接，动平台上可安装2个或4个座位，3条主动支链的伸缩运动带动动平台实现“一平两转”的空间三自由度运动。六自由度动感平台采用的是6-SPS并联机构，该机构由6条可伸缩的主动支链与动平台组成，主动支链两端通过球铰与机架、动平台联接，动平台上可安装6～30个座椅，6条主动支链的伸缩运动带动动平台实现“三平三转”的空间六自由度运动。

在六自由度动感平台上安装座椅的成本较低，但由于其结构的特殊性，每个影厅只能安装一套设备，因此，这类设备只适合在规模较小的动感影院中应用。三自由度动感座椅可以不受结构限制，能在一個影厅中布置多套设备，理论上根据需求，能布置任意数量的设备，但实际上，设备数量过多会造成计算机控制困难，使座椅运动的同步性变差。

随着动感电影技术的发展，目前，动感影院对影厅的规模有了更大的需求，而市场上现有的设备已很难满足这一需求。以一个布置了300个座椅的影厅为例，六自由度的动感平台不能安装如此多的座椅，所以必须采用三自由度的动感座椅，每安装2个动感座椅，需要150套设备，每个设备需要控制3条主动支链，也就是说，一台计算机要同时控制450条主动支链，这就造成了控制难度的大幅增加。因此，技术上的困难，加上高昂的成本，严重影响了动感座椅的扩张与普及。同时，由于联排座椅在转动过程中不同位置的运动幅度不同，造成每个观影者的体感不同。实际上，不同座位上的观众看到的影片内容是相同的，所以每个座椅的运动应该也要同步。

本文介绍了一种新型动感座椅设备，该设备可实现一套运动输入、多套运动输出的功能，一套设备可以不限制座位数目，实现了一个影厅只需布置一套设备就能满足所需的愿望。这样可以大大降低设备的成本和控制难度。该设备座椅安装在无驱动的3-RPS并联机构的动平台上，其运动性能与市场上的动感座椅完全相同。该设备动力源为一套三平动并联机构，因此，整套设备只有3条主动支链。以设有200个座椅的影厅为例，计算机只需控制3条主动支链就可以让200个座椅实现三自由度同步运动。目前该项技术已获得两项国家专利，名称分别为三平动输入多重3-RPS机构输出的4D特效座椅和三平动输入多重3-PRS机构输出的4D特效座椅。

（作者单位：江西制造职业技术学院）