使用分布式控制模型的自动化和运动控制系统
技术领域
本申请一般涉及到自动化和运动控制系统。本申请具体涉及到使用分布式控制模型和独立节点的娱乐行业的自动化和运动控制系统。
背景技术
在娱乐行业中，为提供一种真实的戏剧演出氛围，可在舞台上的场景内(之间)使用一套自动化和运动控制系统来移动或控制戏剧道具或部件，或使用该戏剧道具或部件呈现出电影制作布景。出于安全、可预测性、效率和经济性原因，需要实现戏剧道具或部件的移动和控制的自动化。先前的戏剧道具移动和控制系统在中央计算机或微处理器的控制下控制和移动戏剧道具或部件。先前的移动和控制系统使用一份顺序行动或指令列表来控制大量设备。列表由中央计算机执行。比如，道具的机动化运动可由传动马达提供。传动马达可能使用或不使用与中央计算机连接的变速传动，连接通过一个或多个中间控制器实现。先前的戏剧道具运动和控制系统使用分级顺序，从操作人员控制到数据网络、控制设备和现场设备有明确的推进顺序。
多个部件集中控制的一个缺点是，随着特定系统中部件数量的增加，需要相应增加中央控制器的处理能力以及中央控制器的对应通信带宽，以向部件提供合理的控制指令。如果中央控制器无法快速处理或传输信息和指令，部件可能无法以预期方式工作，和/或造成安全风险并导致人员伤害或财产损失。
其它先前的戏剧道具移动和控制系统使用单独的子系统。每个子系统配备一个可编程逻辑控制器(PLC)来执行设备功能性的控制。在使用PLC时，操作人员需要从单独的子系统通过单独的输入监视系统，然后为每套子系统采取单独的行动。
因此，现在需要的戏剧演出的控制系统应不使用中央处理控制器，而是把单一系统中运行的处理负荷分配到多个独立的节点中。
发明内容
本申请是关于一种控制多个戏剧道具的自动化和运动控制系统。控制系统包括多个通过实时网络相互通信的节点。多个节点中的每个节点至少与一项用于控制戏剧道具的设备相对应。多个节点中的每个节点都包括一个微处理器和一个存储设备。存储设备包括一个节点流程以及可由微处理器执行的至少一个流程。至少一个的流程用于控制至少一项设备的操作。至少一个的流程具有一个或多个提示信号、规则和动作，以生成控制指令来控制至少一项设备的操作。
本申请还与一种移动道具的控制系统有关。控制系统包括一个操作员控制台节点，能够允许操作员与控制系统和多个轴线节点交互。多个轴线节点中的每个轴线节点具有一个微处理器，并与一项用于在预定义的空间内移动道具的设备相关联。控制系统包括一项在预定义空间内带有能够显示道具移动的显示设备的空间设备，允许操作员定义道具在预定义空间内的移动路线的第一操作员接口，及允许操作员定义道具与用于移动道具的多个发动机之间关系的第二操作员接口。移动路线同时调节道具的位置和道具的方位。多个发动机中的每一个发动机与多个轴线节点中的每一个轴线节点相对应。空间设备为道具提供定义好的移动路线，以及道具和多个发动机之间与多个轴线节点中的至少一个轴线节点的关系。多个轴线节点中至少一个轴线节点处理道具的已定义移动路线，以及道具和多个发动机之间的关系，以生成一条或多条控制指令来控制设备的操作，以沿已定义的移动路线移动道具。
本申请还与一种控制道具在预定义空间内的移动的通过计算机实施的方法有关。本方法包括建立道具在预定义空间内的起点。起点定义了道具在预定义空间内的位置和方位。本方法包括确定道具的运动轨迹。用于沿路径移动道具的运动轨迹从起点开始，且该运动轨迹为路线沿线的每个点处的道具提供位置和方位。本方法还包括，为沿路线移动道具的至少一个部件把运动轨迹转换成多条控制指令，以及由沿路线移动道具的至少一个 部件执行多条控制指令。
本申请的一种实施方式包括一套戏剧道具自动化运动控制系统，程序产品，以及在不同实施方式下为大规模运动和设备控制提供技术的方法。提供非分级戏剧道具移动技术，以组合网络上的多项设备按单台机器运行。提供从一台机器到多台机器的完整功能的可缩放性，其中不存在流程和设备边界，但每项设备都可选择随时与任何其它设备实时交换其操作数据。提供了在场地(比如剧院、竞技场、音乐厅、礼堂、学校、俱乐部、会议中心和电视演播室)演出中协调道具，[比如戏剧小道具、摄像机、特技演员(比如“走钢丝”)、灯光、舞台布景、幕布及其他设备]，的移动和控制的技术。
在一种示范性实施方式中，控制系统可在实况演出(比如在舞台上的戏剧演出)中，和/或在电视或电影制作的场景拍摄中，根据场地协调道具移动。此类场地可使用绞车、吊车、板条或桁架等机器来移动相对于舞台或地面的各种道具。通过使用控制系统来控制道具的移动，能够更好的保证演员的安全，并使道具或演员的移动看起来更为真实。
举例来说，戏剧表演可能要求表现战斗场景。在战斗中，第一名特技演员从空中飞过并与第二名特技演员相撞。第二名特技演员因猛烈撞击向后摔倒并撞破墙壁。要布置这种特技，需分别使用缆绳悬吊先后两名特技演员。每根缆绳连接到由电机提供动力的单独绕线机构，比如绞车上。在特技表演中，第一名栓在缆绳上的特技演员落向第二名特技演员。在第一名特技演员撞上第二名特技演员时，绞车停止缆绳和第一名特技演员的移动。观众看不见的是，每名演员都戴上一些护垫，以防止他们的轻微撞击伤害到对方。第二台绞车(与第一台绞车)保持同步并大力牵引系在第二名特技演员身上的缆绳，表现出第二名特技演员受到第一名特技演员撞击的效果。第二台绞车然后继续牵引第二名特技演员的缆绳，直到第二名演员的身体撞上能被轻松破碎的墙壁。最后，在第二名演员的身体穿过能被轻松破碎的墙壁后，第二台绞车停止第二名特技演员的缆绳。控制系统可用于控制第一台绞车和第二台绞车之间的收放的协调，以保证特技演员的安全。
本申请的一个优点是，它能够进行改变和配置，以同时适应有极少道具的简单系统，以及具有多个子系统、每个子系统都有许多道具的复杂系统。
本申请的另一个优点是，可对用户接口进行配置，以按照操作人员要求的详细程度，只显示操作人员需要的信息。
本申请的另一个优点是实时操作和/或执行来自不同制造商的运动控制系统、安全系统、I/O设备、表演控制功能、工业协议、DMX系统、SMPTE系统、VITC系统和三维环境构造和控制的能力。
本申请的另一个优点是，操作人员不但能够配置系统的能力来满足他们当前的需求，还能按要求扩展系统能力。
本申请的另一个优点是，它包括了与娱乐行业不同领域相关的具体功能和特性，从剧院到主题公园，再到电影制作和特技表演。
本申请的一个优点是，通过在数个控制器之间分配控制处理负载，能够减少任一控制器所需要的处理能力，并能使用更具有成本效率的控制器。
本申请的另一个优点是，它使用规则功能或部件控制器的分组来响应发生在另一个部件处的动作或事件，无需从中央控制器接收指令。
本申请的另一个优点是，部件控制器能够按照预先选择的安全和精度参数来执行自我监控功能。
本申请的另一个优点是，部件控制器具有在不接收全局控制指令的情况下自主运行的能力。
本申请的一个优点是，控制系统具有结构化的组织方式。它允许在建造任何类型的设备的情况下保持相同的运行模式，因此允许所有设备交换信息。
本申请的另一个优点是，它具有系统实时监测、故障检测的能力，以及简化但多层的安全系统，能同时具有规则以及集成紧急停止控制。
本申请的另一个优点是，它能够显示有关提示信号、运动中的机器、紧急停止的机器、在下一提示信息后将使用的机器的状态，或系统中整合的传感器生成的任何警报的数据。
本申请的其它特性和优点将可从优选实施方式的以下更详细说明并结 合附图中看出。附图对应用规则等进行了说明。
附图说明
图1显示了自动化和运动控制系统的一种示范性实施方式。
图2显示了自动化和运动控制系统的一种可选实施方式。
图3显示了自动化和运动控制系统中一个节点的示范性实施方式。
图4和5显示了标识节点的控制系统的显示屏的示范性实施方式。
图6和7显示了控制系统中为选择的节点标识相关流程的显示屏的示范性实施方式。
图8显示了一个节点流程的子流程或协同流程的示范性实施方式。
图9显示了控制系统中用于为设备设置规则属性的显示屏的一种示范性实施方式。
图10显示了控制系统中用于为图9的接口中创建的规则显示规则文本的显示屏的一种示范性实施方式。
图11和12显示了控制系统中为流程标识相关线索的显示屏的示范性实施方式。
图13和14显示了控制系统中显示性能数据的显示屏的示范性实施方式。
图15显示了控制系统中显示一份表格的显示屏的一种示范性实施方式。该表格所对应的数据向量与其它设备共享。
图16显示了控制系统中为操作员控制台显示图形用户界面的显示屏的一种示范性实施方式。
图17显示了控制系统中显示顺序运动序列的显示屏的一种示范性实施方式。
图18-20显示了一套三维运动系统的一种示范性实施方式的不同视图。
图21和22显示了用于在三维运动系统中输入点到点运动轨迹的不同界面的示范性实施方式。
图23显示了使道具移动进入三维运动系统的坐标系统的示范性实施方式。
图24和25显示了为三维运动系统输入运动轨迹的不同编辑器的示范 性实施方式。
图26和27显示了与运动控制算法相关的示范性描述。
图28和29显示了史都华平台方位的不同呈现的示范性实施方式。
所有附图尽可能使用相同的参考号来引用相同或类似的部件。
具体实施方式
图1显示了本申请中的自动化和运动控制系统的一种示范性实施方式。自动化和控制系统100可能包括相互联接操作员控制台115的一套实时网络110、远程站120、安全系统125、机械130、输入/输出设备135和外部系统140。在一种示范性实施方式中，安全系统125可能包括紧急停止(e-stop)系统；机械130可能包括升降机、链式起重机、绞车、电梯、旋转木马、转盘、液压系统、气压系统、多轴系统、线性运动系统(比如桥面轨道和线架)、音频设备、照明设备和/或视频设备；输入/输出设备135可能包括增量编码器、绝对编码器、可变电压反馈设备、电阻反馈设备、转速计和/或测压元件；外部系统140可能包括表演控制系统、工业协议和第三方软件接口，包括0-10V(伏)系统、Modbus系统、Profibus系统、ArtNet系统、BMS(建筑物管理系统)系统、EtherCat系统、DMX系统、SMPTE(电影和电视工程师协会)系统、VITC系统、MIDI(乐器数字接口)系统、MANET(Mobile Ad hoc NETwork)系统、K-Bus系统、串行系统(包括RS 485和RS 232)、以太网系统、TCP/IP(传输控制协议/互联网协议)系统、UDP(用户数据报协议)系统、ControlNet系统、DeviceNet系统、RS 232系统、RS 45系统、CAN总线(控制器局域网总线)系统、Maya系统、Lightwave系统、Catalyst系统、3ds Ma或3D Sutdio Max系统和/或定制设计系统。
图2显示了自动化和运动控制系统的一种可选实施方式。可通过逻辑节点210的互联，形成图2中所示的自动化和运动控制系统100。每个节点210可以是远程站120、安全系统125、机械130、输入/输出设备135和外部系统140中的具体设备(或设备分组)。另一个操纵员控制台节点215可以是操纵员控制台115中的具体设备，可使操作员与控制系统100交互，即向控制系统100发送数据和指令，并从控制系统100接收数据和信息。 操作员控制台节点215除了可能包括一个图形用户界面(GUI)或人机界面(HMI)，以使操作员能够与控制系统100交互外，操作员控制台节点215与其它节点210是相似的。在示范性实施方式中，操作员控制台节点215可能为![]()
计算机。
在一种示范性实施方式中，操作员可在操作员控制台节点215处使用一台或多台输入设备向系统提供输入。输入设备为鼠标等定点设备、键盘、按钮面板或其它相似设备。如图2所示，节点210和操作员控制台节点215相互联接。因此，任何节点210、215可与控制系统100中的任何其它节点210、215通信，即发送和接收数据和/或指令。在一种示范性实施方式中，可在网络212中布置或配置一组节点210。网络212相互连接分组中的节点210，并减少与其它节点210、215的连接的数量。在另一种示范性实施方式中，节点210、215和/或节点网络212可以采用星形、菊花链、环形、网状、菊花链回路、令牌环或令牌星形布置，或这些布置的组合。在另一种示范性实施方式中，控制系统100可由图2所示以外的较多或较少节点210、215和/或节点网络212组成。
在一种示范性实施方式中，每个节点210、215可独立操作和自主，并了解到至少一个其它节点210、215的存在。换言之，每个节点210、215都可以了解到至少一个其它节点210、215中有效或无效的(比如在线或离线)。
在另一种示范性实施方式中，每个节点使用分散处理独立操作。因此，即使一个节点可能出现故障，它也能使控制系统保持运行，因为其它运行节点仍然能够访问节点的运行数据。每个节点可能是与控制系统的当前连接，并可能与网络有多条套接。每条连接通过相应的节点提供与控制系统的节点通信。因此，在每个单独的节点进入“离线”后，剩余的节点可以继续运行和分摊负荷。在另一种示范性实施方式中，控制系统可随时向任一个其它节点提供每个节点的运行数据，无论每个节点是否与其它每个节点相关联。
图3显示了一个节点的一种示范性实施方式。每个节点210(或操作员控制台节点215)包括一个微处理器310以及存储设备315。存储设备315 可能包括或存储一条主或节点流程317。该流程可能包括能被微处理器310执行的一个或多个子处理器或协同处理器320。主或节点流程317提供组网或硬件接口，使子流程或协同流程能够运行。节点210、215中的微处理器310能够独立于其它节点210、215中的其它微处理器310运行。独立微处理器310能使控制系统100中的每个节点210、215作为“独立”设备或较大网络的一部分操作或运行。在一种示范性实施方式中，在节点210、215作为网络的一部分操作或运行时，节点210、215能够实时交换信息、数据和计算能力，无需意识到微处理器310之间的边界就能使控制系统作为“单台计算机”操作。在另一种实施方式中，每个节点可使用嵌入式运动控制器。
图4和5显示了由控制系统显示的节点列表的示范性实施方式。图4和5显示的交互性屏幕截图或显示屏使用表格400来标识出控制系统100中的所有节点。这些节点可以在操作员控制台215处被操作员看到。表格400提供了控制系统100中节点的概况，并允许操作员从操作员控制台215处查看控制系统100中的情况。表格400允许操作员查看所有不同的节点、不同节点的地址、不同节点当前执行的任务、不同节点当前正在执行多少个流程以及任何节点间的通信。
在表格400中，节点的名称在列402中提供。列402中的每个节点可能包括流程控制器、瘦客户机、掌上型计算机、单板计算机(SBC)、可编程逻辑控制器(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)设备或微处理器等计算设备。节点也可以是类似“播放器”或“虚拟机”的软件设备。软件设备不是能够以手握持的真实设备项目，而是被控制系统视为一项设备的软件结构。软件设备可提供命令和接收一种状态，但不以物理设备的形式存在。在一种示范性实施方式中，作为计算设备或软件设备的每个节点都可以执行QNX实时操作系统。
在一种示范性实施方式中，表格400可能包括一个或多个“轴线”设备或节点。“轴线”设备或节点可用于代表移动道具的任何机械。机械可由液压、电气或气动系统操作。控制系统可与各种不同的轴线设备或节点一起使用。这些设备或节点与使戏剧道具移动的终端机器的控制器相对应。轴线机械的示例可包括发动机、马达(交流/直流)、伺服机构、液压发动机和气动发 动机。
每项设备或节点的网络地址或互联网协议(IP)地址在列404中提供。如果设备或节点离线，比如“拔出”或“未接通”，则列404可提供“离线”作为设备或节点的网络地址(见图5)，或为设备或节点提供一个网络地址但使用一个额外的指示器，比如高亮来指示设备或节点的离线状态(见图4)。
在一种示范性实施方式中，在用于舞台演出的控制系统被启动和运行时，可加入多个节点中的一个，即在演出过程中的任意时间点从“离线”切换到“在线”或“有效”。在演出中的某些时候，戏剧道具可能完全无需移动。这种情况下，对应该戏剧道具的某节点可转入离线，使该道具无法以任何方式被意外移动或带入在线状态。在离线节点自动地或因操作员命令被有意识的转入在线状态时，该节点会发送一个可被普遍获取的数据向量，声明其已经返回在线状态。
在另一个示范性实施方式中，在一个节点或设备被停用或处于离线状态时，比如已知并且有显示但并未运行时，其结果是该节点或设备不再可由控制系统进行操作。如果IP或网络地址已经被控制系统知晓，在节点或设备进入离线状态时，节点或设备的IP或网络地址可能显示在列404中。如果节点或设备的子流程或协同流程出错或中断，表示可能已经出现软件问题。此时，对应的节点或设备可能仍然在列404中列出。在另一个示范性实施方式中，可在表格400中使用颜色来向操作人员提供各种诊断信息，比如，黑色表示在线或有效，黄色表示离线或节点或设备中没有安装子流程或协同流程。
在每个节点或设备上执行的不同有效子流程或协同流程的数量可在表格400的列406中显示或指示。比如，图5所示的charydbidis节点或设备具有38个同步运行的子流程或协同流程。表格400的列408显示或指示在对应设备或节点上已经安装但被停用的子流程或协同流程的数量。在图4所示的实施方式中，一个节点或设备上停止或故障的子流程或协同流程的数量显示或指示在列412中。一行中列406、列408和列412(如果存在)的子流程或协同流程总数显示或指示一个节点上的子流程或协同流程总数。表格400的列410显示或指示了离线节点或设备中的子流程或协同流 程数量。
在图5所示的示范性实施方式中，四个定向轴线节点或设备("axis_shop_ne,""axis_shop_nw,""axis_shop_se,"和"axis_shop_sw")中的每个都可以代表一个计算设备。每个计算设备均控制位于戏剧环境(比如舞台)的四个不同角落的一台绞车。其中，所有绞车缆绳都汇聚在一个点上，以提供一个三维(3D)移动系统在三维空间内四处移动一个点。esc_s_13节点或设备以及敁estop节点或设备可以是紧急停止控制器，能够在操作人员按下紧急停止按钮时做出响应防止戏剧道具发生碰撞。在按下紧急停止按钮时，可从对应的机器移除电源或从所有的机器同步移除电源，然后在移除电源后使用制动器来停止机器的移动。在可选实施方式中，可立即使用制动器，或者在移除电源前后使用。“i_o_9_6”节点或设备是一个输入/输出控制器，用于把命令信号输入或输出系统，通常通过其它系统，比如灯光和/或电源开关，或其它系统部件。在一种实施方式中，可能有多种用于打开和关闭不同类型的设备或器具的开关，比如灯光、道具移动机等。“手持控制台”节点或设备是一种可由操作人员查看的显示屏。“服务器”节点或设备可对应具有大存储容量(比如硬盘)的计算设备或系统，能够比具有较少存储容量和较小的计算设备处理强度更大的计算任务。
在另一个示范性实施方式中，可提供一个“全局节点”，用于采集信息和把所有机器数据保存到中央位置，以在之后备份该数据。比如，全局节点或设备可在具有摩擦负荷的系统中显示这些节点或设备的显示屏(比如，与道具移动相关的节点或设备)。
如上文与图4和图5相关的文字所示，一个节点或设备可以是同步执行数个子流程或协同流程的多任务计算设备。图6和7显示了具体节点或设备下流程列表的示范性实施方式。除在所选择的节点或设备下包含子流程或协同流程的列表外，图6与图4相似，图7与图5相似。如图4与图6以及图5与图7之间的差异所示，可以“树形”结构组织节点和设备以及对应的子流程或协同流程。“树形”结构可进行扩展以提供合理的视图。在一种实施方式中，操作人员可选择一个节点或设备，比如通过“双击”来获得扩展图像，列出与节点或设备相关的子流程或协同流程。每个子流程或协同流程 的名称可在列602中提供；对应子流程或协同流程的说明可在列604中提供。列606提供了对应子流程或协同流程的状态，比如运行、停用或无效。子流程或协同流程的类型或等级可在列608中提供。在图7所示的一种示范性实施方式中，“axis_shop_ne”节点或设备包括三个子流程或协同流程、两个有效或运行子流程或协同流程以及一个停用的子流程或协同流程。两个有效或运行子流程或协同流程为“axis.1”和“play.1”。停用的子流程或协同流程为“port.1”。在一种示范性实施方式中，一个节点或设备可同时执行相同(或相似)类型的子流程或协同流程的多个实例。比如，图6所示的“Server Tait Dev节点或设备同时包括一个“port.1”子流程或协同流程，以及一个“port.2”子流程或协同流程。”
图8显示了子流程或协同流程的示范性实施方式。每个子流程或协同流程320包括一个或多个动作804。该动作可由一条或多条规则802和/或一条或多条提示信息806或来自操作员控制台界面215的直接命令触发。在另一种实施方式中，一条或多条提示信息806可触发一条或多条规则802，或由一个或多个动作804触发一条或多条规则802。比如，一条或多条规则802可通过启动一个或多个动作804响应一条或多条提示信息806。
在一种示范性实施方式中，每条规则802可以是一条if-then和and-or语句，或其它相似类型的case或逻辑语句。提示信息806可以与规则的if条件相关联，并包括来自其它节点或设备的实测参数，比如速度、加速度、位置、电压、电流等，以及1s或0s等逻辑输入。动作804可以与规则的then部分相关联，可包括控制与节点或设备相关联的机器的操作速度、向其它节点或设备发送消息或命令、改变操作状态(比如灯光、继电器或开关等系统部件的开或关)。”
在一种示范性实施方式中，轴线流程可以是在对应节点的微处理器上执行，用于生成指令使绞车上的电机移动以卷绕的软件算法。比如，如果发出一条指令使绞车缆绳末端的戏剧道具以每秒4英尺的速度总共移动30英尺然后停止(比如见图21)，轴线流程可执行所有需要的计算，以生成电机完成所需缆绳移动必需的电压和电流。
图9显示了一幅屏幕图像的示范性实施方式，用于为一个节点或设备 的规则设置属性。输入机构808可与预先选择的动作列表810一起使用，以使操作人员能够选择所需的动作，然后为规则设置提示信息以触发动作。在图9的示范性实施方式中，输入机构808为图5中的“axis_shop_se”设备设置与“AXIS_SHOP_SE”节点流程相关的规则的属性或提示信息。在输入机构808中输入的信息可转换为图10中所示的规则文本。在图10的示范性实施方式中，作为“axis_shop_se”设备的相关机器的速度是否超过五英尺每秒的响应，写入规则来停用"axis_shop_se"设备的相关机器的运动。
在一种示范性实施方式中，可在任何时候以任何所需的方式为任何机器实时设置一个节点或设备的操作指令或规则。在一种示范性实施方式中，可在操作员控制台处，把戏剧道具运动控制由具有一套规则的舞台演出布置，变为用于戏剧舞台维护程序、具有一套不同规则的另一种布置。在维护人员到达并登入控制系统时，可配置控制系统来设置所有机器，使其移动任何戏剧道具的速度不超过舞台演出速度的10％。与之相反，在舞台表演人员到达并登入时，可按舞台演出的一套规则来配置控制系统并关闭一套维护用规则，以按照表演规则移动戏剧道具。表演规则允许最高速度移动、最大高度和长度和其它舞台表演功能。在进一步的实施方式中，可有数套通用的舞台演出规则用于表演。
在一种示范性实施方式中，节点或设备可以具有在节点或设备上执行的子流程或协同流程。每条子流程或协同流程可以包括与具体子流程或协同流程中执行的指令对应的一条或多条线程。比如，在图7的示范性实施方式中，“axis_shop_ne”节点或设备的“axis.1”子流程或协同流程可生成电机操作绞车的指令。绞车指令可以为绞车控制缆绳的运动。对“axis.1”子流程或协同流程的进一步扩张或扩展可显示子流程或协同流程下运行的所有线程，包括接收指令、执行收到的指令以及子流程或协同流程运动控制的其它方面的线程。
图11和12显示了标识出流程的相关线程的显示屏的示范性实施方式。线程列表440可提供或显示由子流程或协同流程中选出的流程的相关线程。图13和14显示了显示屏的示范性实施方式。该显示屏显示了在节点或设备上操作线程的性能数据。数据表格450可提供有关线程操作的信息，包 括预先选择的性能参数的最小值、最大值和平均值。线程列表440和数据表格450可用于监测每个节点或设备上相关的线程执行数据。
在图12所示的示范性实施方式中，线程列表440显示了与“axis_shop_nw”节点或设备上的“axis.1”子流程或协同流程相关的流程线程“126994”的线程。线程的数量可能根据子流程或协同流程变化。比如，“Device Driver”线程可以把运动命令转换为电机以一定速度操作电机的电压和频率命令。“Axis DAC”线程可以是数字到模拟转换器。该转换器从对应的子流程或协同流程线程接收数字信号，并把数字信号转换成模拟控制信号。如果节点或设备上发生任何变化，可由节点或设备的一个管理线程来确保网络上的所有其它节点或设备能收到变化通知。
在图14所示的示范性实施方式中，数据表格450显示了与"estop_shop_03"节点或设备的“estop.1”子流程或协同流程的线程“126994”相关的设备性能。数据表格450可显示子流程或协同流程的起始日期和时间。在另一种示范性实施方式中，可为其它节点或设备的所有子流程或协同流程提供或显示相似的信息。可向所有其它节点或设备提供来自子流程或协同流程的性能数据，以在任何时间点实现节点或设备之间的实时信息交换。在图14所示的示范性实施方式中，一条示范性子流程或协同流程的部分性能数据可能与设备文件状态、设备命令、其它状态等相关。比如，图14的表格450中的“Device File Status”行包括的一列指示了当前有一份文件被打开。
图15显示了一份表格的示范性实施方式。这份表格与用于在节点或设备之间交换信息的数据向量对应。在图15所示的示范性实施方式中，用于图4中设备“Server Tait Dev的表格460，包括了可与其它节点或设备交换的信息。“类型”列462显示了字符串种类，“值”列464为数据向量中的参数描述了规则状态或对应的值。
数据向量可用于允许按具体戏剧事件的要求定制控制系统。比如，信息、呈现、过滤、基于条件的显示、基于条件的颜色编码、基于条件的访问、基于条件的动作和性能限制措施(“规则”)等图形用户界面(GUI)的特性，任意写入、记录、编辑、重新整理、重组和分离回放序列的能力， 以及具有多个登录级别、用于同时访问系统的任何数量的操作员界面的措施，都能够对事件进行定制。
图16显示了操作员控制台节点的图形用户界面传令器的一种示范性实施方式。传令器408可用于标识和列出控制系统中的操作员控制台节点215。在一种示范性实施方式中，因为组网和数据向量的共享，操作员控制台节点215不是控制系统100中的实际中央控制点。控制系统100具有可普遍获取、有关每个节点或设备的操作状态的实时数据，但不具有中央控制点。因为操作员控制台节点215不是中央控制点，可在任何需要的时候在任何配置的系统内整合大量的操作员控制节点215。比如，可把同时使用的操作员控制提供给桌面计算机、掌上型计算机、地装式图形用户界面、笔记本电脑、手持计算机、控制台设备等。在用于戏剧舞台环境的一种示范性实施方式中，可能有五个控制台、三台笔记本电脑、八台掌上型计算机。它们均可以访问随时以实时方式生成的数据向量。任何操作员控制台215可显示任何指定节点、设备或流程的任何数据，因为不存在集中数据处理，所有数据处理都被分散。
图17显示了一种显示屏的示范性实施方式。显示屏显示了顺序运动序列或轨迹。比如，运动序列或轨迹可能包括被移出去的主帷幕、被移进来的布景以及向下跌落的主升降机。执行运动的指令序列可被组织为提示信息。提示信息可由“播放器”流程执行。“播放器”流程可包括一份或多份包括一条或多条提示信息的列表。每份提示信息列表可被布置为“子主”播放器。子主播放器内的个别动作或指令，与形成子主播放器列表的每条提示信息中的动作和指令表列表相对应。可使用一个“主”播放器来执行来自其它子主播放器的提示信息。在舞台演出中，可通过从特定的子主播放器选择特定的提示信息，在任何时候按操作员的需求执行任何戏剧道具移动序列。
在另一种示范性实施方式中，“播放器”流程可“播放”一份运动命令列表或一条提示信息。运动命令可基于规则设定的条件，向轴线节点或设备提供规则或指令。比如，规则可指定速度限制、位置或地点、轴线设备或节点是否被启用或停用，以及何时和是否轴线节点或设备将停止运动。由轴线节点或设备执行的指令可能需要取决于已经得到满足的条件。在条件得 到满足时，轴线节点或设备“进入有效状态”，并执行被满足的条件所允许的指令。
由规则设定的条件，能使轴线节点或设备的移动与一个或多个其它节点或设备相协调和关联。比如，一个轴线节点可能被分配给多台收放各条缆绳的绞车中的一台。一个节点也可分配到一套监视用安全系统。该系统监视每台绞车的状态以确保符合所有预期状态。监视用安全系统节点关闭任何不符合其预期状态的任何绞车的电源。还可向一台“操作控制器”分配两个节点。操作控制器可监视每台绞车的数据，与所有其它轴线节点或设备共享该数据，并为操作员显示数据。被分配给一个轴线节点的每台机器的移动和状态，可与其本身以及分配给相关轴线节点的另一台机器的移动和状态相关联。
在一种实施方式中，示范性条件移动规则可与“第一台绞车”的收放相关联。比如，在第一台绞车正在执行收卷运动，但其收卷速度低于最大速度，并且被第一台绞车卷绕的缆绳的末端与“第二台绞车”的第二条缆绳的末端的距离远大于最小距离时，第一台绞车将停止并放出缆绳一段预先确定的长度。第一台绞车的缆绳末端可通过最大位置和最大速度控制在容许长度，比如通过在缆绳的最大卷绕速度上设置一个限值，以把分配到系统中另一个节点的另一台绞车的缆绳的末端作为依据。
可在节点或设备中实施一条空间控制子流程或协同流程(“空间设备”)，以控制和/或模拟预定义空间内的一个或多个三维(3D)运动系统。此外，空间控制设备也能在操作中显示预定义空间内三维运动系统的移动或操作。空间控制节点或设备允许用户或操作员使用多套相互关联的轴线节点或设备(机器)。其中，由“播放器流程”执行轴线节点或设备的变元或提示信息。每条变元或提示信息可能有多份运动分组或例程列表。运动分组或例程列表定义了每个运动分组所在的列表、运动分组所在的子列表以及运动分组所在的提示信息。可对构造进行编程，以在单个控制点内容纳、集成和关联多个机器/轴线节点或设备。在一种实施方式中，单个控制点可对应被三维运动系统移动的道具的质心或重心。在另一种实施方式中，单个控制点可对应质心或重心以外的另一个点。之后，操作员可在三维空间内 控制和操纵该点，以控制该控制点内每台机器/每条轴线的不同移动属性。在一种示范性实施方式中，可通过三维图形模型显示机械的运动，使操作员能够通过调节三维图形模型内的观察角度看到运动中所有设备或轴线的位置(即使无视线)。
图18-20显示了具有六个自由度的三维运动系统的一种示范性实施方式的不同视图。具体来看，图18显示了三维运动系统的透视图。图19显示了三维运动系统的顶视图。图20显示了三维运动系统的侧视图。有六个自由度的三维运动系统的操作的额外信息见美国专利申请号61/489,741。该申请通过引用结合到本申请中。
空间设备可允许操作员监视和显示自动化或运动例程(在向节点或设备发送用于执行的运动例程前)，或在向节点或设备发送用于执行的运动例程后生成操作命令、监视和显示系统的实际运动。在模拟自动化或运动例程时，可在空间设备中进行模拟，或由相关节点或设备模拟自动化或运动例程并把来自模拟的结果数据返回给空间设备。如果节点或设备正在执行自动化或运动例程，节点或设备可把执行例程的结果数据发回到空间设备。在一种实施方式中，可以虚拟方式编写和测试自动化或运动例程，以监测三维运动系统和从各个角度查看三维运动系统。如果自动化或运动例程可接受，例程可从节点或设备上的模拟换回节点或设备上的执行，以在之后进行回放和纳入表演提示信息列表中。
图21和22显示了用于在三维(3-D)运动系统中输入点到点运动轨迹的不同界面的示范性实施方式。图21显示的界面用于输入X、Y和Z坐标，以从道具的当前位置移动到定义的X、Y和Z坐标。图22显示了界面用于输入X、Y和Z坐标以及α、β和γ角度，用于从道具的当前位置和方位移动到定义的X、Y和Z坐标以及α、β和γ角度。此外，还可为坐标和角度输入加速、减速和速度参数。
在一种示范性实施方式中，X、Y和Z坐标可以基于与预定义空间相关联的X、Y和Z轴。X、Y和Z轴可由控制系统预先分配，或由操作员分配。预定义空间内道具的X、Y和Z坐标，与道具在单个控制点上相对于预定义于空间内的X、Y和Z轴的原点的坐标相对应。X、Y和Z坐标提供了道 具在空间内的位置。
在另一种示范性实施方式中，道具另有一套与道具本身相关的X、Y和Z轴。道具的X、Y和Z轴可能对应或不对应预定义空间的X、Y和Z轴。如图23所示，道具基于道具本身的X、Y和Z轴是从道具的单个控制点来定义。在一种实施方式中，道具的正X轴可对应道具移动的前进方向，道具的正Y轴可对应道具向左移动的方向(相对于正X轴)，道具的正Z轴可对应道具向上移动的方向。可相对于道具的Z轴测量α角，相对于道具的X轴测量β角，相对于道具的Y轴测量γ角。α、β和γ角给出了道具在空间内的方位。
α或偏转角是道具沿道具的Z轴(上下轴)的旋转角度。在道具的指向与道具的X轴相同时，读数为零。正旋转角可测量为正时针偏转，值在0到360度之间。β或俯仰角是道具沿道具的Y轴(横向轴)的旋转角度。在道具基本上与道具的X-Y平面平行时，读数为零。正旋转角可测量为正时针偏转，负旋转角可测量为逆时针偏转。角度测量单位为度，可取-360和360度之间的任意值。γ或横摇角是沿道具的X轴(前后轴)的旋转角度。在道具基本上与道具的X-Y平面平行时，读数或测量值为零。正旋转角可测量为顺时针偏转，负旋转角可测量为逆时针偏转。角度的测量单位为度，可取-360和360度之间的任意值。
图24和25显示了用于为三维运动系统输入或创建运动轨迹的不同编辑器的示范性实施方式。运动轨迹可以是定义道具在预定义空间内的移动路线的一系列位置和/或方位。起点(位置和/或方位)可以由操作员定义，也可以是道具最后的已知位置和/或方位，比如先前运动轨迹中的结束点。在图25的运动轨迹中，可由操作员或用户从开始位置开始输入道具移动路线上每个位置的X、Y和Z坐标，以及每个位置的相应时间间隔或参数。在图24的运动轨迹中，可由操作员或用户为道具的移动路线输入每个位置和方位的α角、Y坐标和γ角以及对应的时间间隔，而X坐标、Z坐标以及β角自道具的开始位置和方位起保持不变。在另一种实施方式中，用户或操作员可手动控制节点或设备来沿用户控制的路线移动道具，并按预先选择的时间间隔或用户启动的时间间隔来记录道具的位置和方位。所记录 的在用户控制的操作下的位置、方位和时间可导入空间设备内并配置为运动轨迹。
可由操作员分配时间参数使具体的位置和/或方向与具体的时间间隔相关联。在为具体的路线定义了时间参数时，可自动计算位置和/或方位之间的加速、减速和速度参数。在另一种实施方式中，可定义一个开始和结束时间，并为路线中对应的位置和/或方位计算剩余的时间间隔。此外，时间间隔一经定义，就可在不需要较长或较短的总时间时自动折算。
在一种实施方式中，道具的运动路线或轨迹一经定义，就可向相应的节点或设备提供路线或轨迹，供节点或设备模拟或执行指定的命令(在计算后)。通过使节点或设备模拟或执行路线所要求的指定命令并在空间设备内显示路线，可通过调节空间设备内显示的路线实时修改路线。在另一种实施方式中，可预先计算节点或设备执行的指定命令的计算，并提供给节点或设备。如果已经预先计算由节点或设备执行的指定命令，则无法实时修改路线。
在空间设备中，可能存在静态元件(即不会在预定义的空间内移动的元件)，以及运动元件(即会在预定义的空间内移动或造成移动的元件)。用户或操作员可定义静态元件的位置，比如预定义空间内的墙壁、柱子、固定的场景物体等。静态元件一经定义，其位置就可用于不同的目的，包括与运动元件的撞击检测。运动元件可结合运动路线或轨迹使用，以建立和/或执行所需部件的具体动作，使道具能够按运动轨迹定义的路线移动。运动元件可包括与轴线设备的三维模块对应的被移动道具、发动机，与连接发动机和被移动道具所使用的物品对应的系带，以及被移动物体上的系带附着点。比如，在图18-20所示的三维运动系统中，对被移动道具602来说，可能有三台或更多台发动机604、六条或更多条系带606以及三个或更多个系带附着点608。在另一种实施方式中，三维运动系统可包括其它可用于修改发动机和系带附着点之间连接的系带的配置或方位的设备，比如滑轮、锚件或闸刀。
发动机604可以在预定义的空间内具有对应的位置。对应的位置可以固定，也可以相对于预定义的空间移动，比如推车和轨道上的发动机。系 带附着点608可整合到被移动道具602中，并在预定义的空间内具有相应的位置。预定义的空间内系带附着点608的位置变化，可用于改变被移动道具602的位置或方位。系带606可连接到系带附着点608上，并用于施加移动或改变系带附着点608的位置的力。可通过几个不同的参数来定义每条系带606，包括一个开始点或三维位置、一段长度和所系道具上的结束点。系带606的开始点可与系带606相关联的发动机604的地点或位置相对应。系带606的结束点可与相关的系带附着点608相对应(系带606在系带附着点608处与被移动道具602连接)。与发动机604、系带606和道具附着点608相关的所有参数可作为系数用于实现路线的指定命令的计算中。此外，发动机604、系带606和道具附着点608中的每一项需相互发生关联，比如系带606与发动机604和系带附着点608相关联。比如，在被移动道具602改变在预定义的空间内的位置时，一条或多条系带606可发生对应的参数变化，比如长度和结束位置。部分系带长度可能变长，而其它系带长度可能变短。
在一种示范性实施方式中，可使用一种算法来控制预定义的空间内道具的运动。其方法为按照轨迹来调节把运动道具绑定到环境的单条联结的长度。联结可以是柔性线条(比如系带606)、一个坚固的执行器(比如发动机604)或在物理原理方面适用的任何其它类型的非拉伸直线。图26和27显示了与运动控制算法相关的示范性实施方式。
道具的移动可以是平移(比如前进)运动和/或绕道具的局部坐标系统原点的旋转运动，用于为道具提供六度运动(6D运动)。可使用多维三次样条函数P(t)‾:Pi(τ)‾=Ai‾τ3+Bi‾τ2+Ci‾τ+Di‾(i∈[0;N))]]>来描述6D运动。其中，N是持续时间τi的样条的段数，τ是第i段τ∈[0；τi)中的零基时间值， ![]()
是在时间τ时使用三个坐标(Pi,0(τ)；Pi,1(τ)；Pi,2(τ))来放置运动道具((Pi,0(τ)；Pi,1(τ)；Pi,2(τ))表示笛卡尔位置，剩余的r坐标表示仿射旋转函数 ![]()
的自变数)，![]()
是样条系数。样条的边界条件，可以端点处的第一个导数值或端点处的第二个导数值，或从端点处的第一个或第二个导数值中选出的任意两个值。根据所选择的 旋转函数![]()
(该函数定义了方位坐标的含义(YPR或GEO或任何其它含义))，方位自变数样条的数量r可在0到4(或更多)之间变化。此外，函数![]()
可使用一个常量参数仿射旋转矩阵![]()
来定义坐标系统的零方位。
轨迹可以是三次样条段序列pj(υ)＝ajυ3+bjυ2+cjυ+dj(j∈[0；M))形式的联结长度控制函数。其中，M可能是使![]()
成立的持续时间υj的样条段数，υ可能是第j段υ∈[0；υj)中的零基时间值，![]()
可能是时间υ的联结长度测量值，![]()
是样条系数。选择pj(υ)的边界条件来满足从段起点的运动样条![]()
获得的第一个和第二个导数的要求。样条段pj(υ)可能在每段j∈[0；M)的端点处中断。但是，因为所选择的υj非常小，中断对运动的影响是难以察觉的。
算法的目的是生成一条联结长度变化轨迹，使pj(υ)的联结长度以及每段j∈[0；M)在时间0时的第一、二和三个导数![]()
和![]()
与各时间下的运动样条![]()
一致，以在按规定的方式驱动联结时，算法能够使运动道具位置/方位严格遵守规定的轨线。
算法可以具有以下输入：![]()
-在道具的局部坐标系统中从运动道具原点到联结连接点的偏移向量；![]()
-为选择的旋转函数![]()
定义零方位的仿射旋转矩阵；以及![]()
-有三个位置坐标的运动样条，其形式为联结的环境绑定点到所要求的运动道具的原始位置的相对偏移，其中，r方位坐标是所选旋转函数![]()
的输入。
可按Vi(τ)‾=(P0(τ);Pi,1(τ);Pi,2(τ))‾+Φ(R0,Pi,3(τ),...,Pi,3+r-1(τ),L‾)‾]]>的形式计算从联结的环境绑定点到运动道具上的联结绑定点的偏移向量。因此，可按 ![]()
的方式计算联结的长度。其中，j和υ经协调后匹配i和τ定义的从运动开始的时间。在为每段j∈[0；M)计算υ＝0时的pj(υ)、![]()
和![]()
后，可获得运动引导参数(位置、速度、加速度和抖动)。
在一种实施方式中，![]()
可以是仿射旋转的组合，通常不以解析形式表示。有计划性的为所要求的具体时间点计算它和它的导数的值，无需为函数本身建立一则通式。
在另一种![]()
为![]()
函数的零向量的实施方式中，R0参数和(Pi,3(τ)；…,P3+r-1(τ))运动样条坐标对计算没有任何影响，可予以忽略。在本实施方式中，算法变为单点附着3D运动控制算法。在所有i∈[0；N)的(Pi,0(τ)；Pi,1(τ)；Pi,2(τ))运动仿射坐标为常量(D0；D1；D2)的情况下，对在预定义空间内保持在一个恒定点的运动道具来说，算法变为仅有旋转的控制算法。在所有i∈[0；N)的(Pi,3(τ)；…；Pi,3+r-1(τ))运动仿射坐标为常量(D3；…；D3+r-1)的情况下，对道具的方位保持为常量的运动道具原点，算法变为仅有运动的控制算法。
在进一步的实施方式中，算法为纯几何类型，不考虑重力和运动道具质量惯性的影响。重力对道具的线性和角加速度的影响可由联结的刚性或其抗牵引力进行补偿。在联结的驱动功率方面，道具的质量必须最小，以使惯性对运动的影响同样也最小。
在另一种示范性实施方式中，空间设备可使用史都华平台方位来支持道具的位置和方位移动。史都华平台方位允许在空间内布置道具。道具布置可包括道具的位置(定位道具中心的三维坐标(X、Y、Z))和道具的方位(道具的局部坐标系统相对于母坐标系统的方位)。输入运动轨迹的X、Y、Z坐标和α、β和γ坐标可被转换为史都华平台坐标。
要定义史都华平台的方位，使用了包括倾斜和旋转的二元值。倾斜可以是包括经度和纬度的二元值。为了方便，史都华平台的方位的组元可综合为三元3D点格式(经度、纬度、旋转)，用于描述瞬时道具方位和定义轨迹。用于方位的坐标轴字母包括表示经度的“L”、表示纬度的“A”以及表示旋转的“R”(类似于描述道具位置的X、Y、Z)。
可使用图28所示的表面有地理经线和纬线的地球仪来演示倾斜的概 念。在图28中可以有一个地球仪900，它包括北极902、南极904、纬线906和经线908。零经线910是位于地球仪900前端的线(以地球仪中心为起点Z+轴方向上距离观众最近的线)。从北极902开始，经线的值按逆时针方向增加。零纬线912是位于北极902的线。在指向南极904的方向上，纬线的值朝着观众逐渐减小，直到到达零经线。倾斜的经线和纬线值以角度表示。
图28中的方位显示了一种“地理零"倾斜。这是一个由北极轴(从地球仪中心到零纬线)和前轴(从中心到零经线处的-90点)的方向定义的零倾斜(0,0)值。通过在经线L的方向上使地球仪900的北极轴倾斜一定角度，可获得零倾斜方位开始的任何倾斜值(L，A)。比如，倾斜(0，-90)是北极轴直接向观众旋转(沿零经线旋转-90度)后的方位；倾斜(0，90)是北极轴直接旋转远离观众(沿零经线旋转+90度)后的方位；倾斜(-90，90)是北极轴水平向右旋转(沿90经线旋转-90度)后的方位。可通过多个倾斜值获得相同的地理倾斜。比如，倾斜值(0，90)、(180，-90)、(-180，-90)描述了相同的倾斜方位-直接远离观众。每种倾斜方位都可以仅通过地理零点倾斜和单次旋转操作实现，即同时进行L和A的旋转。不能把倾斜方位视为首先沿经线旋转地球仪A度，然后沿纬线旋转L度，因为这种运动可能形成错误的方位。
在一种示范性实施方式中，可选择零位置和正/贡方向使微动对操作员来说易于理解。零倾斜可能是向上垂直直到顶部。如果道具在开始时处于该状态，它应该具有(0，0)的倾斜坐标，与北极上的零纬线值相对应。如果之后需要按纬线微动，操作人员可看到，如果他/她向自己移动操纵杆(到负值)，北极902可能同样在该方向上转动。此外，零经度经线910可能位于球体900的前面，其纬度值朝着操作员的方向减少到负半轴。
随后，地球仪表面可展开，使极点延伸到线条内，以按矩形区域的形式展示地球仪表面。其经度范围为-360到0，纬度范围为-180到0。可为经度选择负数，以匹配负纬度的范围。然后，通过复制矩形区域，获得图29所示的倾斜值的运动平面。
在图29中，阴影线区域950标识出了映射到整个球体表面的表面区域。 阴影线区域950的上边缘映射到北极902，而阴影线区域的下边缘映射到南极904。如果倾斜值与一条水平极线交叉，实际的经度会升高180度。但是，这对运动的确定来说不存在问题。因为，倾斜运动轨线可作为整个平面上的任意平滑曲线构建，而空间和轴线驱动器可在内部调节坐标，以纳入通过极点的过渡。在空间驱动器计算从轴线设备开始的道具方位时，空间驱动器首先调整结果以进入阴影线区域950。然后，在道具方位变化时，空间驱动器对变化进行跟踪，并生成主要运动区域(阴影线区域950)和额外运动区域(阴影线区域952)内的近邻接倾斜值。增加额外的运动区域可能给返回的道具方位带来含混性，但允许在阴影线区域950和阴影线区域952来回之间的北极上执行直觉可接受的微动。如果道具执行方位变化轨迹，可把轨迹确定的倾斜值缠绕到阴影线区域950上，以允许执行正确的方位错误检查。如果通过绝对目标的方位执行移动命令，当前道具的方位被“展开“一段时间，以实现最短的移动长度(例外情况是，默认绝不生成跨越南极的移动轨线)。
在图27中平面内的水平方向上以恒定速度生成一条2D运动曲线，可能沿当前纬线形成恒定角速度的旋转，无论纬度值是多少。类似地，通过在垂直方向上转动曲线，可使倾斜度沿通过地理极的当前经线增加/减少。
对史都华平台方位，无法从机械上[在实际上]达到和/或超过南极倾斜。因此，整个运动可限制在包括阴影线矩形的两条水平线条内。但是，如果有允许任意方位倾斜的联结类型，则可能没有防止运动越过南极线的任何数学限制。
旋转方位组元指定了向其施加倾斜后绕道具的极性轴线的旋转量，单位为度。从北极来看，正旋转为逆时针旋转。
在一种实施方式中，因为经线相互接近并且在极(北极和南极)的一个点上交汇，到极处经线为止的大角距离可能与需要生成轨迹的沿球体表面的小线性移动相对应。其中，在部分时间段内具有大角速度，在其它时间段内具有小角速度，以沿极区处的球体表面获得接近常量的方位线性移动速度。此外，轨迹可能要求在极区内移动时生成时间间隔更小的更多关键点，以实现更精确的方位控制。
上述说明讨论了单个道具在预定义空间内的运动。应理解，空间设备可用于模拟和执行多个道具在预定义空间内的运动。预定义空间内的每个道具可能有自己的运动轨迹，用于控制它在预定义空间内的移动。在一种实施方式中，可相对于预定义空间定义道具的运动轨迹，但在另一种实施方式中，可相对于另一个道具来定义道具的运动轨迹以及位置和方位。如果相对于另一个道具定义道具的运动轨迹，可把运动轨迹转换为相对于预定义空间定义的运动轨迹。
空间设备还可以融合碰撞检测特性，以防止道具碰撞存在的静态元件或另一个动态元件。在一种实施方式中，可通过定义围绕每个道具的“包络线”，然后在道具的运动轨迹模拟中确定道具的“包络线”是否交叉或重叠，来实现碰撞检测特性。如果在模拟过程中发生交叉或重叠，操作员可了解到运动轨迹被执行时的碰撞可能性，并可按情况调节运动轨迹。通过设置围绕道具的“包络线”的大小，操作员可控制可能的碰撞的频率。但是，如果部件的误差容限大于“包络线”占据的误差容限，使用较小的“包络线”可能导致发生实际碰撞。在一种实施方式中，“包络线”可被定义为围绕道具的球体，而在另一种实施方式中，“包络线”可以是立方体或棱柱体。在其它实施方式中，可使用任何适当的几何形状来定义道具的“包络线”。
在一种示范性实施方式中，控制可自我恢复和自我配置，即，控制系统可找到路线把数据从一个节点或设备移动到系统中其它节点或设备需要数据的位置。
在一种示范性实施方式中，所有节点或设备的数据，包括与节点或设备的流程相关的数据，可随时普遍提供给网络上的每个其它节点或设备，以使每个节点或设备能够意识到其它节点或设备。在数据传输方面，不存在处理器边界；数据未被视为停留在单独的处理器内。所有节点或设备一直通过包含一个或多个数据向量的信息包(比如IP协议包)来交换信息。所以，如果一个节点或设备受到控制以监视另一个节点或设备是否运行过快，节点或设备可以了解到相应的数据。在一种实施方式中，可以标记语言的格式(比如eXtensible Markup Language-XML)存储数据并提供给所有节点。
在另一种示范性实施方式中，可使用冗余、负荷分配、实时网络与网络上的所有其它节点共享数据。这种网络能够绕过受损的部分重新确定数据流量的路线，并提示操作员网络上存在的问题。每个节点能够存储节点发行其职责所需的所有信息。节点可相互交流其当前状态(位置、移动状态、方向、速度、节点健康、使用的时间(服务时间长度)、其使用数量(用量))。在一个节点有问题时，其它节点可以立即了解到问题，并可以对问题/故障的响应方式进行编程。比如，戏剧演出中的一台升降机在其升起位置上高度为十英尺，表演人员需要由绞车在升降机占据的空间内飞行。可对控制系统进行编程，使绞车了解在升降机升起时不移动表演人员，或对控制系统进行编程，让绞车在升降机未能收回时执行完全不同的操作，比如改变轨线。
在一种示范性实施方式中，控制系统可使用QNX实时操作系统(O/S)。QNX O/S是一种类似Unix实时微内核操作系统。它执行大量的小任务，被称为服务器。微内核允许通过不执行不需要或未使用的服务器，来关闭不需要或未使用的功能。
在一种示范性实施方式中，可规划控制系统的结构来避免单个故障点的可能性。换言之，没有任何单独的故障能够导致危险状态的发生。一次故障可能导致道具停止运动或因其它原因无法正常工作，但该故障不能导致舞台道具失控等危险状况。控制系统可整合严格的机械和软件分析标准，包括可在树形系统结构的不同分支上模拟故障的故障分析和故障模式影响分析。控制系统可预测在不同故障场景下将出现的情况。如果发生单个故障点，可重置规则来避免单个故障点。
在一种实施方式中，控制系统可整合灵活的e-stop解决方案，来简化安全功能的配置和部署。可对控制系统中使用的启用多个端口的e-stop控制器进行设置，以方便e-stop站的部署。一个e-stop站可置于网络上任何需要的位置，并经过配置使e-stop站向单个或多个节点或设备发送信号。通过移除设备或机器的能量(电力、水力、气力)，控制系统e-stop可立即使设备或机器进入安全状态。如果一个节点或设备存在问题，节点或设备可停用其e-stop信号，无需拆卸控制系统的剩余部分。
本申请对任何可由机器读取、用于完成其操作的介质的相关方法、系统和程序产品进行了构思。本申请的实施方式可使用现有的计算机处理器、针对相关系统的专用计算机处理器或一套硬接线系统来实现。
本申请范围内的实施方式包括程序产品。程序产品含有可由机器读取的介质，介质用于承载或存储可由机器执行的指令或数据结构。可由机器读取的介质可以是能够被通用或专用计算机访问，或其它含处理器的机器访问的任何可用的非瞬时介质。比如说，可由机器读取的介质可包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储设备，或任何其它可用于承载或存储所需的可由机器执行的指令或数据结构形式、能够被通用或专用计算机或其它含处理器的机器访问的程序代码。在通过网络或另一条通信连接(硬接线、无线或硬接线和无线组合)向一台机器传输或提供信息时，机器正确的把连接视为可由机器读取的介质。上述方式的组合同样包括在可由机器读取的介质的范围内。作为例子，可由机器执行的指令包括促使一台通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行一定的功能或一组功能的指令和数据。可通过标准编程技术并使用基于规则的逻辑和其它逻辑来完成软件实现，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。
在图表中说明和在本文中描述的示范性实施方式为当前的首选方式。但应理解，这些实施方式仅提供作为示例。可在示范性实施方式的设计、操作条件和布置中进行其它替换、修改、改变或省略而不偏离本申请的范围。相应地，本申请不受限于具体的实施方式，能够引申至所附权利要求范围内的不同修改形式。还应理解的是，本文采用的用语和术语仅用于描述目的，不应被视为具有限制性。
重要的是应注意到，在不同示范性实施方式中显示的本申请的构造和布置仅用于说明。申请中仅显示和描述了申请的部分特性和实施方式，可由精通技术的人员(比如大小、尺寸、结构、开关和各种元件的形状和比例、参数值(比如温度、压力等)、安装形式、材料的使用、方位等)进行大量的修改和变化，而不偏离权利申请中列举的主题的新观点和优势。比如，被显示为整体成形的元件可能由多个部件或元件构成，元件的位置可 被修改或做其它变动，可修改或改变离散元件或位置的属性或数量。可按照其它实施方式改变或重新排列任何流程或方法步骤的顺序或次序。因此应理解的是，所附权利要求的目的是要覆盖申请的真实精神范围内的所有此类修改和变化。另外，为对示范性实施方式提供简要的说明，可能没有描述实际的实施方式的所有特性(即，与当前构想的执行申请的最佳模式无关的项目，或与使要求的申请得以实现无关的项目)。应了解到，在任何此类实际实施方式的开发中，比如在任何工程或设计项目中，可能做出大量与具体实施有关的决定。这个开发活动可能是复杂和耗时的。但是对从本公开内容获益、具有一般技术的人员来说，可能只是例常的设计、制作和制造任务，无需过分的试验。