CN102640047A - 装有万向接头的手柄稳定控制器组件 - Google Patents

Abstract

一种用于平衡、支撑和定向一装置的稳定控制器。稳定控制器包括万向节组件，所述万向节组件位于具有连接有所述装置的稳定控制器的平衡中心。围绕万向节组件配置的手柄。与万向节装置的中心线的至少一部分重合、并具有纵向平衡轴线Z的中心柱。围绕彼此相互垂直的X轴线、Y轴线和Z轴线中的至少一个的运动，通过一个或多个包括弹性部件的组件孤立于其它轴线的运动。

Description

装有万向接头的手柄稳定控制器组件

技术领域

本发明总体上涉及设备稳定控制器组件，且适合用于图像采集设备。

背景技术

典型地，移动影片或视频摄像机需要角度的和空间的稳定性以获得平稳的，高质量效果。

最初的斯坦尼康

便携式摄像机稳定器，其已成为电视和电影业的标准，是由本发明的共同发明人加勒特·布朗(GarrettBrown)发明的，并且发展为允许由非固定的操作员进行稳定的摄像或摄影。商标斯坦尼康继续被用于支持各种不同的稳定器，其中并非所有的稳定器都必要地构成了现有技术。

图1是一幅侧视图，其示出了现有技术摄像机稳定器1以及摄像机2，其中摄像机2通过它的关联手柄5和万向节组件45被平衡，使得整个结构的重心正好位于万向节45的重心的下面。在此现有技术的构造中，万向节组件45位于手柄5的上方。手柄5和握持面41，42被示出由操作者的手的三个手指握住，同时拇指和食指轻轻地接触“引导”面40和46。注意也可以使用两只手：一只握住手柄用于支撑，另一只手的拇指和两个手指轻轻地接触引导面40，46。弓形的上部和下部支撑机构6和11布置于平衡物10，12上，使得稳定器1的平衡重心大约位于万向节组件45的重心或正好在万向节组件45的重心的下面。该弓形结构是必要的，因为如所示的形态中，被定位的中断的手柄和万向节无法容纳一个用于在万向节直接下方的选定距离上定位平衡物的定位柱。

图2是万向节组件45的正视图，示出了外部的万向环结构56，相关联的万向节环57，柱部件58和摇动轴承59a，b，该万向节环结构56提供了与手柄和握持面41，42隔离的三个轴的旋转。引导面40和46，正好位于万向节45的上方并包围万向节45，提供了多个面，能够被用于通过操作者的拇指和食指灵敏控制并确定仪器的方向。

图10是另一个现有技术的稳定器50的立体图。该稳定器具有穿过万向节装置77的中心柱71。手柄75沿中心柱71的侧面布置。摄像机80通过放置于安装结构85上的配重82，83被平衡。

需要一个新的手柄-万向节的组合，其甚至允许一个未受过训练操作员立即能做出平稳和优雅的摄影机移动，而不需要经验，练习或特殊能力，并且其可由经验不足的用户控制给予图像捕捉装置的一些突发动作。

发明内容

本发明的实施例可能颠覆现有技术的摄像机稳定器万向节的逻辑，并且将摇动轴线轴承从其位于三个孤立的轴线中的历史的最内部的位置，移动到一个新的与另外两个万向节环分离的位置。现在，这两个万向节环的轴线可以适于符合摄像机的倾斜和滚动轴线。现在，能够应用弹性，缓冲和偏置装置以操作围绕这些旋转的任何或全部的摇动、旋转或倾斜轴线，从而偏置摄像机稳定器的方向至一个关于特定轴线的特定位置。术语“控制”和这里将使用的形式包括偏置和/或缓冲和它们的形式。弹性部件也可以包括“死区”以及适于摄像机和稳定器结构重量和惯性的任何渴望的弯曲或回弹度或缓冲力。

在本发明的一个具体实施例中，手柄至少部分地围绕万向节装置，其中，手柄与万向节装置可旋转地隔离，例如通过轴承装置。万向节环的最内部通过套管连接至中心固定柱，其固定地连接至上面的摄像机/稳定器组件，并且可以选择性地连接至下面的平衡物结构。

提供至少一个弹性控制部件以影响沿三个轴线中的至少一个的旋转，例如通过缓冲或偏置运动。该影响或控制将抑制或阻止相对三个相互正交轴线中一个或多个的旋转运动。它可以缓冲旋转运动或偏置其至特定位置。该弹性部件可以被配置以提供小角度的“死区”，从而防止由于人手的不稳定性而引起的无意识的旋转。

弹性部件可以包括弹簧或屈服材料片段例如泡沫、气泡或弹性聚合物如

磁体也可以被并入设备以提供控制效果。弹性材料可以，例如，连接至万向节组件的外部并通过内部的机械延伸定位接触，以当手柄完全地旋转时偏置摇动轴线内的摄像机。各种其它形态，其实现在摇动、倾斜或旋转轴线的控制，将在此被描述。

本发明的实施例能提供一种能特别适用于小型和超小的图象装置的手持控制器。

附图说明

当结合附图阅读时，由以下详细描述，本发明被最好地理解。

图1为现有技术的可携式摄像机稳定器的侧视图。

图2为图1中现有技术万向节结构的剖视图。

图3为根据根发明的一个具体实施例的手柄和万向节组件的半透视图。

图4为根据根发明的一个说明性实施例的手柄和万向节组件的剖视图。

图5为根据根发明的一个说明性实施例的万向节组件的顶视图。

图6为根据根发明的一个说明性实施例的组合的万向节和手柄组件的立体剖视图。

图7为根据根发明的一个说明性实施例的图6中万向节组件的剖视图。

图8为根据根发明的一个说明性实施例的图6中万向节组件的轴测图。

图9为根据根发明的一个说明性实施例的手柄和万向节组件部件的分解立体图。

图10为其中心柱穿过其万向节的现有技术的手支撑的摄像机稳定器的轴测图。

图11为根据本发明的一个说明性实施例的具有平衡物块的手柄和万向节组件的立体图。

图12为根据本发明的一个说明性实施例的具有阻尼器型减震器的手柄和万向节组件的立体图。

图13描述了根据本发明的一个说明性实施例的稳定化支持系统。

图14描述了根据本发明的一个说明性实施例的稳定化支持系统。

图15A-B描述了根据本发明的一个说明性实施例的可折叠的平衡支撑结构。

图16描述了根据本发明的一个说明性实施例的手柄和万向节组件。

图17A-B描述了根据本发明的一个说明性实施例的可折叠的平衡支撑结构。

图18A-B描述了根据本发明的另一个说明性实施例的万向节和手柄组件。

图19A-B描述了根据本发明的另一个说明性实施例的图18A-B中的万向节和手柄组件的横截面图。

图20描述了图19中的万向节和手柄组件的弹性部件。

具体实施方式

图3是根据本发明的说明性实施例的万向节/手柄组合的组件300的半透视图。组件被配置为特别地适于重负荷，但也同样可用于轻负荷。摄像机平台固定界面335将中心柱309连接到摄像机支架平台，例如沿其垂直的X-Y顶面轴线可调整的平台，或不可调整的平台。平台也可以沿Z-轴线可调整，其与Z轴线相互垂直。衬套327a，b定位万向节组件301(包括位于整个摄像机/稳定器结构(见图13-15的说明性结构)的平衡中心的柱固定套管303，万向节环302和外部万向节环304(在图5中示出)。万向节组件与摇动轴承307组件的内部连接。轴承307的外座圈组件连接到手柄306(被给予透明)。万向节环304的外部固定至摇动轴承307组件的摇动轴承内部座圈，其中摇动轴承307在连接点305a，b连接到摇动偏离回弹装置(例如弹簧)319a，b，其终端在手柄凸缘325，优选彼此相对。在其移动的限度内(通过与手柄306的内表面接触而缩短)，柱309在来自手柄306运动的倾斜和摇动轴中被孤立。应用于手柄306的旋转运动扭曲回弹装置319a，b并且仅偏置关于轴309的旋转。“速率”，表示影响给定偏置所需要的力的程度，回弹装置319a，b可以选择适于通过手柄306偏转的稳定器组件的质量和惯性，但仍留有少量“死区”或当弹簧319a，b被充分或完全放松时没有旋转影响。

通过，例如，使用操作员的第二只手用于接触轴承组件320，倾斜和/或旋转运动可以被传递柱309的方位。这允许柱309在轴承组件320内旋转而限制或阻止柱309倾斜或滚动。这些运动仅偏置倾斜和/或旋转轴，并不影响摄像机/稳定器在摇动轴线的定位。

通过推动与外部万向节环304相啮合的按钮318，在与柱309相关的摇动轴线内手柄306的运动可以被停止。弹簧326偏置按钮318在非啮合的位置。这允许摇动运动在按钮318被压下的期间没有弹簧319a，b的偏置。其他机械装置，例如各种，杠杆，制动器或可以关于中心柱或相对旋转运动的其他组件固定手柄的位置的类似物，都可以被用于完成按钮318的工作。

图4为根据本发明的一个说明性实施例的万向节/手柄组合的组件400的剖视图。该组件特别适用于轻负荷。对于轻负荷，使用例如图3中所示和上述的轴承组件320，以提供向柱309的倾斜和旋转运动，将可能过度控制较轻的摄像机/稳定器负荷的方向，因为第二只手的粗鲁运动将不会与通过较重负荷的惯性相抵(和被抑制)。说明性实施例400在许多细节方面与万向节/手柄组件300相似，但包括用于关于直接传递给手柄306的倾斜和旋转轴的弹性阻尼角位移的替代装置。依靠轴承428a，b，外部柱管421与柱309隔离。手柄306的倾斜和/或旋转运动使管421与倾斜/旋转弹性缓冲环412接触，其随后影响柱309的倾斜或旋转角度不允许在其摇动方向的影响。同样地，传递给手柄306的摇动运动不影响柱309的倾斜或旋转轴的位置，因为管421的旋转，这些运动不会被传递。

注意在图3和图4中，在手柄306近似中间的两-轴线万向节组件301的位置。相对于现有技术的稳定器，万向节组件的位置距摄像机固定界面335具有更大的距离，需要在下面的附加平衡物以定位整体结构的平衡中心，代表性地，位于两-轴线万向节组件301的枢转中心。

图5为根据本发明的一个说明性实施例，例如可以用于万向节/手柄组件300和400中的两-轴线万向节组件301的顶部透视图。柱固定套管303，其通过衬套327a，b和对开螺母429包围，被锁定至柱309且关于柱309被定位。套管303通过耳轴503a，b可旋转地连接至万向节环302。内部环302被连接至外部万向节环504，优选通过耳轴。万向节组件允许围绕两个轴接近无摩擦的旋转，其优选被配合(锁定)至用于连接摄像机负荷的倾斜和摇动的两个“摄像机操作”轴线。回弹偏离装置319a，b(图3和4中所示)在连接点305a，b被连接至外部万向节环504.回弹偏离装置319a，b被进一步连接至手柄306以使当手柄306旋转时偏置摇动轴线的方向。

图6-8描述了根据本发明的一个说明性实施例的手柄/万向节组合的组件。图6是根据根发明的一个说明性实施例的万向节和手柄组合的组件600的立体剖视图，可以适用于轻型或超轻型负荷。图7为图6中的万向节组件的剖视图，示出了相对外部手柄的方向倾斜的中心柱。图8为图6中的万向节组件的轴测图，具有用于在摇动轴线内偏置旋转的装置，暴露以显示。两轴万向节组件601被定位在靠近中心柱609顶部并且尽可能地靠近摄像机固定界面635，从而最小化定位在两轴万向节组件601的近似中心延伸的有效负载物的平衡中心的下方所需的平衡物。内部套管603被锁定在合适的位置，例如，沿柱609的带螺纹的部分，并且通过衬套627和对开螺母629与摄像机负荷的方向相配合。

万向节组件601，与图3-5中显示的组件301相似，但，外部万向节环304被向下延伸形成管608。这里使用的术语“管”不一定必须表示圆柱状中空结构，而包括非环状的横截面形状。管608与摇动轴承607的内部座圈相连。倾斜-旋转缓冲环612整体或部分地位于管608内。尽管管608和缓冲环612相对于两轴万向节601和柱609被固定，在衬套627和缓冲环612之间的接触一般不会造成摇动轴线内的偏离，手柄606的摇动运动也不会偏离柱609的旋转。(这消除或减小了图4中所示的旋转管421的需要)。

摇动弹性垫611a，b通过安装螺钉624被固定在手柄凸缘625内。摇动叶片环610通过安装螺钉613被连接至管608，并且包含至少一个从叶片环610放射状延伸的叶片626a。因为弹性垫611a，b被连接至手柄625，当弹性垫611a，b接触到它时，叶片环610将抑制手柄凸缘625的旋转。当没有摇动旋转发生或被期望时，叶片626a被完全地固定在弹性垫611a，b之间的间隙。手柄606在摇动轴线内可旋转地移动，从而，造成弹性垫611a，b不断增加力地与叶片626接触，从而在摇动轴线内偏离负荷的旋转。虽然在图6中显示了弹性垫611a，b的两个截面，多个垫也可以被使用，以及多个叶片。具有单个间隙，叶片位于其中的单个弹性垫也在本发明的范围内。

通常，负荷越轻，越多的(越小的“速率”)弹性垫应被适用以提供期望的偏离。弹性垫611或叶片626a，b的边缘可以被成角或成斜面以减小垫和叶片之间的初始接触面积；因此，甚至在轻负荷以及具有可以忽略的惯性瞬间，手动控制中的固有自然振动也不会无意识地偏离旋转至一个不想要的角度。

槽口614手柄606允许操作员的第三指，例如，通过手柄606按压以接触管608的外表面从而抑制或减小管608相对手柄606的移动，因此阻止或阻挡关于平面坐标的移动。这可能造成突然的，或甚至激烈的摇动运动，该摇动运动通过包含在设备中的可旋转控制机构被抑制的。

图7为图6中的组合的万向节/手柄组件的剖视图，其示例了由倾斜手柄606所引起的倾斜和/或旋转轴的独立偏离，所以衬套627与弹性缓冲环612相抵靠。结构中衬套627可以没有，或也可以被分段。由于缓冲器612的弹性材料被压缩，与中心柱609或衬套627的移动相反、且由与缓冲器612的接触而产生的力被逐渐增加。泡沫或其它弹性材料可以被切分或浇铸或安置以提供各种期望的力的递增(作用力曲线)。这些力可以被创造从而使手柄606相对于柱609的角位移被抑制或缓冲，防止由人手传递的多余的振动。泡沫，例如，和其它的非弹性材料如

可以被选择并浇铸/成型以创造期望的控制，例如通过传递抑制或偏离影响。图6和7显示了一个圆锥形的缓冲器612，其能减小巨大的运动，否则该运动会使得倾斜和保持倾斜位置更困难。如上所述，缓冲器612可以具有多种形态。它不需要沿位于万向节装置601下的手柄606的长度延伸，但可以是，例如，位于手柄长度的一部分的内径内的环或环的片段。如所期望偏离和抑制的因素，以及成本可以由最期望的缓冲器结构决定来衡量。弹性缓冲材料可以使倾斜动作比现有技术的万向节更容易：现有技术稳定器需要仔细“调整”(平衡)，使得手不需要施加连续的力来保持期望的倾斜和/或旋转角度。这是必须的，因为人手很难施加小的、一致的力，该力经常需要维持一个用于特定支撑装置和负荷的给定的角度。作为本发明的说明性实施例，手柄606可以被握持各种稳定的角度，例如对操作员可能是最舒服的，因为当稳定器偶然倾斜时，由人手振动引起的无规律的角度可以被最终平衡。因此，使用特定实施例的万向节/手柄组合，可以降低为达到在步行，跑，爬楼梯或仅仅站立时产生稳定效果所需要的熟练程度和专心水平。代替“调整”摄像机的平衡至任何给定的拍摄范围所需要的精确倾斜角度，操作员可以仅保持他的手在所期望的平均角度，并仅仅保持它一般地垂直以在旋转轴线的水平内！——操作比使用现有技术的万向节更灵敏和关键。

在管608内提供缓冲器612而不是将它固定至手柄(例如图4中所示的306)，至少具有两个优势。第一，外部管(例如图4中所示的421部分)不再需要在摇动运动过程中，将中心柱(例如309)由接触弹性垫612(图4中的412)孤立出来，因为手柄606通过管608与中心柱609被可旋转地隔离。缓冲器612需要配合倾斜和旋转轴线，因为它相对于管608固定。因此，缓冲器612可以具有轮廓以使管627a和缓冲器612之间间隙的尺寸——实际上的“死区”——呈现不同，例如，具有非圆形中心挖空部分。形状可以是，例如，椭圆形，相对倾斜轴线在旋转轴线中更大的间隙，从而使手柄位置的误差较少，而不会影响旋转。其它横截面缓冲器结构也可以使用，依赖，例如，手柄的应用，或稳定器和负荷的重心的重力分布。

特定的说明性实施例的万向节/手柄组件在技术方面相对于现有技术的万向节组件具有另外的优势，该技术为用于启动和停止移动，例如步行或跑的所需要的。现有技术的万向节被定位以使摄像机/稳定器结构轻微地悬挂在万向节中心的重底部。这使得当停止或以一个一致的速率移动时保持装置水平更容易；但当移动速率变化，例如启动或停止一个移动，稳定器表现出轻微的摆动并会响应于加速或减速缓慢地倾斜。这必须通过导轨面(例如图1和2中所示的40和46)上的轻微反向压力被抑制。这里描述的万向节/手柄组件可以更直观地抑制这些加速，因为由被稳定固定的手柄606引起的初始加速可以直观地或自动地产生所需要的轻微的角度修正，当手柄被向前推时。同样地，当停止时，手柄会直观地向后——两个例子都相对弹性倾斜/旋转缓冲器产生轻微的反向压力，其能保持稳定器垂直或接近垂直贯穿整个移动。另外，这里描述的万向节/手柄组件可以造成(通过制造或调整)，万向节旋转的相互垂直的三个轴线中的任何或全部的中枢平衡，因此没有底部重量遗留以造成摆动移动。

图8是图6和7中的万向节组件的倾斜立体图，其除去了顶盖以说明当手柄606被旋转以引起弹性垫611a，b接触到叶片626a，b时产生的摇动轴线控制。弹性垫611a，b固定在凸缘625内。叶片626a，b连接至叶片环610，其连接至管608的内部座圈，并由此保持仅相对于中心柱609和它的负荷在摇动轴线内可旋转的配合。因此，手柄606的摇动位移影响柱609的旋转而完全不影响其倾斜或旋转方向。

图9是根据本发明的一个说明性实施例的万向节组件的部件的分解图。摄像机固定界面635在分解装置的顶部被示出。依靠固定至其上的图像装置，该界面可以具有各种不同的形态。衬套627的部分在装置的顶部和底部被示出。衬套627围绕中心柱609并相对其固定。衬套627可以是单个部件或沿中心柱609安置的分离的部件。顶盖615被安置在，弹性垫611a，b上方，并且可以由能够提供垫保护以及能与设备的设计相适应的任何材料制成。盖615通常具有与弹性垫611a，b类似的顶部形状(或其它能用于本发明实施例的其它垫结构)。摇动叶片环610具有放射状突出的叶片626a，b。每个弹性垫611a，b置于叶片626a，b之间。叶片环610围绕中心柱609。外部手柄606在图9中被示出为在顶部具有凸缘625的圆柱形手柄。凸缘625容纳弹性垫611a，b或其它可能的控制部件。该形状被发现用户界面友好并且当需要提供支撑或装置的其它功能需求时，其方便操作员抓握。一些形状的改变也在本发明的范围内。手柄606具有槽口614，其，如上面所述，允许用户接触管608，根据装置的具体形态，或其它部件，以减慢或停止围绕摇动轴线的移动。摇动轴承保持环616通常和摇动轴承607一起置于手柄606内，如图6的两轴线万向节环602中所示其被固定至管608，在该实施例中，柱固定套管603，以及倾斜/旋转弹性缓冲环612，全部置于手柄606中。进一步与万向节相关的是万向节环轴承638，a，b和外部耳轴640a，b。衬套627的片段显示位于弹性缓冲环612下，并且当装置被组装时可以置于缓冲环612内。中心柱609被显示为具有至少一部分螺纹以配合双向螺母629。除这里描述的之外的紧固和定位部件也引入本发明的范围内，提供它们适用于装置的功能。需要注意的是，这里使用的“中心柱”可以由多个片段组成，其可以等同，例如组件摇动轴，万向节轴，等。

图11是根据本发明的一个说明性实施例的万向节/手柄装置800的轴测图。上部组合的万向节/手柄部分802可以是，例如，图6中所示的形态。衬套827围绕中心柱809配置，并且通过双向螺母829被固定在期望的高度，或其他适合的装置。重力支撑装置817连接至中心柱809并在其上配置平衡物880和882。这些平衡物提供平衡将安装在界面835上的图像装置，从而使摄像机/稳定器结构的整体平衡中心正好优选地位于手柄806的手柄凸缘825内居中的两轴线万向节组件的中心支点下方。

具有平衡物880，882直接地居中位于装置的万向节/手柄部分下方与图1中所示的平衡物支撑相比有优势。例如，图1中所示的万向节和手柄组合不允许图6和11中实施例的中心柱结构。当中心柱穿过万向节组件，底部重量的调整可以通过提升或降低平衡物支撑结构817而完成。当平衡物支撑结构及其相关的重量围绕中心柱的纵向中心线平衡轴线823对称性地配置时，底部重量的调整沿中心线平衡轴线823直接实现，因此，连接到界面835的图像装置的平衡中心可以同样沿平衡轴线823保持居中。槽口814提供了管808的外表面的使用，其围绕弹性缓冲器812。这提供了用户阻止或减慢管808相对手柄806的相对旋转的装置。如之前提到，术语“管”不一定必须表示环状横截面形状，也不是始终是同样的横截面，而更可能具有适于万向节/手柄组件的内圈部件的多种形状。“管”也可以具有不向周围延伸以形成完全的中空部分的延伸。

图12是万向节/手柄组件900的立体图，显示了阻尼器型减震器922a，b替代弹性垫作为弹性控制装置。注意的是各种控制部件的组合可以被使用。阻尼器922a，b被连接至或具有一端连接至叶片910且另一端连接至手柄凸缘925的弹簧。手柄906的摇动位移由此使叶片910偏离以通过两轴线万向节组件901旋转摄像机界面935。如上所述，任何适于重量和瞬间惯性的弹性，减震性，偏离性，抑制性的装置，平衡结构，例如摄像机稳定器，以及能够适于万向节/手柄设计的均在本发明预期的范围内。

图13描述了根据本发明的一个说明性实施例的具有装置902连接至其上的平衡支撑结构900。手柄906围绕万向节组件(未示出)配置。中心柱连接至万向节结构，例如通过上面所述的结构。具有相关联的平衡物，980，982的平衡物支撑结构917位于与装置902的相对的中心柱末端。

图14描述了根据本发明的一个说明性实施例的具有装置702的平衡支撑结构700的进一步实施例。该实施例具有可折叠的平衡物支撑结构717。优选地，它从可调节平台784延伸并弯曲至手柄706下。包含重物780以平衡具有装置连接至其上的支撑结构，从而使重心位于置于手柄706内的万向节组件的近似中心。

各种具体实施例，或它们的部分，这里所述的万向节/手柄组件可被用于可折叠设备/装置稳定/平衡支撑系统。图15A-B描述了具有分别以展开和折叠形态的方式连接至其上的装置202的可折叠平衡支撑结构200。手柄206围绕万向节组件(见图16的例子)配置。平衡臂或杆204，208从平台210延伸并彼此相对折叠，优选地，彼此完全地起始于并保持在一个平面内。杆204，208的枢转范围优选彼此对称。另外，平衡支撑结构200作为整体完全地对称。每个平衡臂都由两个或多个片段组成，其中片段是可枢转，相对另一个是可叠缩和/或可折叠的。平衡杆在相对平台的一端可以负重。

如图15B所示，平台210也可以向杆所在的面折叠。在这个折叠形态中，具有装置被连接的支撑可以被贮藏，例如在皮套内，并且其可被连接至皮带或其它物体上。当装置折叠时，皮套可以覆盖万向节手柄。

平衡支撑系统可以被设计用于特殊装置，例如iphone，或其它图像装置模型，当展开时，少量需要或不需要调整以平衡结构。装置及平衡结构可以是完全一体的，包括一切的以及预平衡设备，其可包含稳定器，图像捕获装置和一个或多个相关的电子和/或机械部件，例如重放设备，显示器，电池，支架，连接件，灯，微波发射器，等。

具有装置定位于其上的设备的重心，优选邻近万向节手柄，并更优选与万向节设备的顶部相对。臂，例如，可以叠缩或折叠或向上和向下摆动以适应具有和不具有外壳的图像捕获装置的不同重量和重心。

图16描述了根据本发明的一个说明性实施例的万向节/手柄组件，其可以与可折叠支撑结构，或其它平衡支撑结构一起被使用。手柄包括三轴线万向节组件212。说明性实例包括具有杯体214作为外部万向节部件的万向节组件。由弹性材料组成的垫216置于万向节组件212上，以使当在设备的旋转过程中，在垫216和万向节组件或其它部件之间有接触时，倾斜或旋转运动的角度和速度受影响。中心柱209从万向节组件212的中心或通过其延伸。摇动轴承230允许在摇动轴线内的旋转。一个或更多叶片226a，b，沿中心柱209放射状延伸。附加的弹性部件被组合和定位，因此叶片226a，b与它们啮合(即，如果充分施加力会接触和压缩)以控制相对中心柱纵向轴线的运动，例如当手柄206旋转时。

图17A-B描述了集成的稳定器/装置设备100，其中装置102是摄像机。包括在该实例中的是显示器104和电池106。其它的辅助部件也可以被包含，并且装置配置为相对于所有包含的部件完全平衡。

设备100具有平衡臂108，其可以相对装置102折叠，如图17A-B所示，显示了平衡臂108在展开的位置。设备被设计以使当平衡臂108展开时，设备自动地平衡，因此用户的运动会与摄像机的运动隔离开。在该实例中，平衡臂108具有上部片段110和下部片段112，其可以在支点114彼此相对地枢转。上部支撑110可在支点116相对装置102枢转。电池部件部件也可以在支点120枢转。

在图17A-B所示的说明性实施例中，万向节/手柄设备118被置于装置102下，其可折叠的在其下面。

重力部件可以被提供在支点114，并且电池106也可以作为重物。对不同的装置模型每个集成设备的设计可以具有一些常规的部件，例如万向节装置或平衡臂。为了定制用于特殊装置模型的设备，特定区域可以被加重以获得合适的平衡。这优选在制造现场完成，因此出售的设备是被预平衡的。

图18A-C描述了根据本发明的一个说明性实施例的万向节和手柄组件500。组件500具有围绕万向节组件506配置的手柄502。装置508，例如轻质量的图像装置，置于其上，并通过手柄和万向节组件500被稳定。

所示的实施例具有两种操作模式。图18A描述了一种用于小型摄像机的稳定化控制的扩展模式，例如市售的“iphone”和“flip”。可伸缩的组件510，包括杆512，以及进入其中的杆512可以被拔出的圆柱514。杆512在顶端部连接有平衡物516，其在图18A中显示为扩展的可操作模式。图18B是万向节和手柄组件500的横截面图，其中可伸缩杆512被压缩用于贮存和传递。在此模式中，平衡物516被装入手柄502。一个或更多弹簧511被安装在弹簧安装壳体513中，以促进维持组件在可操作模式，其中可伸缩杆512在延伸的位置。

万向节组件506包括用于两轴线旋转的内部环520和外部环522。摇动轴承组件524a，b提供用于万向节和手柄组件的另一旋转轴线。它们通过摇动杆固定夹被定位。摇动轴承524a，b允许装置510关于与手柄502的纵向中心线在一条线上的轴线相对手柄502旋转。在所示的说明性实施例中，两个摇动轴承组件被示出，但根据应用两个不是必须的。每个摇动轴承组件的内部摇动轴承部件连接至摇动轴承杆526。摇动轴承524a，b被定位的足够高，以在摇动轴承下面具有用于弹性材料部件的空间，例如大约弯曲长度的1/2”。

粘弹性聚合物，和更特别的热固性树脂，聚醚基，聚亚胺酯材料，是本发明的各种实施例应用的材料的好选择，因为它们的减震性能、优良的记忆、和隔振以及阻尼特性。其它具有一些或全部这些特征的材料也可以适用。一列或更多弯曲弹性材料可以被组入组件以控制旋转移动。

对于特殊的轻质量装置应用，摇动轴承524a，b优选非常小，因此它们具有小的摩擦，因为没有或很小的强化的摇动惯性。该设计依赖于尽可能小的惯性，从而消除摄像机持续地摇动通过中间并复位。

图19A是根据本发明的一个说明性实施例的透明地显示手柄的手柄502的横截面。图19B是弹性环534，536的关闭以及相关的压缩环544，546。图20仅描述了用于缓冲和偏离的弹性元件，手柄被透明地显示。旋转控制机构提供给摇动、倾斜和旋转运动，尽管不是需要所有的机构被实施。通过第一端528a连接至摇动杆526以及的第二端528b连接至主万向节杆532的弹性材料条528，完成摇动运动控制。当杆相对另一个有相对旋转时，条528弯曲，从而抑制杆的相对旋转，并将它们偏置至特定位置或位置范围内。摇动弹性部件528可以是各种弹性材料。在本申请中

特别适于作为弹性材料。使用术语“条”以描述弹性材料并不限定为平板条，但也可以具有各种横截面外形。

两个弹性环534，536提供倾斜和旋转运动的控制。弹性环534相对于手柄502稳定万向节杆532，并优选以充分连续地接触杆片段538，因为设备居中平衡，因为相对轻微的底部重量。设备的居中平衡的原因使操作员可能倾斜或旋转摄像机并持续保持其得益于像水平一样的稳定。弹性环534，536在其边缘被压缩环544，546压缩，其被固定在手柄502内。一个或更多螺钉542螺入彼此相对的压缩环544，546，从而压缩弹性环534，536的边缘并将它们固定于设备。在本发明的一个示例性实施例中，四个螺钉围绕压缩环均匀分布，造成弹性环534，536的边缘厚度完全均匀。在本发明的一个说明性实施例中，弹性环边缘被压缩50％。一个例子，弹性环非压缩状态为1/16英寸，且压缩状态为1/32英寸。凸起的外部边缘，例如在压缩环544上的548，550，能提供保护防止过压缩。弹性环可被进一步使用粘合剂固定到设备。

弹性环536具有稍大的中心孔，其使它不与杆片段538接触，直到倾斜和/或旋转操作被实施，尤其是主动的操作。

尽管弹性部件534，538被描述为“环”，并显示为相对平坦，它们也可以具有非环状的形状，例如，如果期望当装置以不同方向旋转时的改变缓冲水平或在所有方向提供更均匀的缓冲水平，给定的装置通常在相对垂直于装置的纵向中心轴线的X-Y平面内不对称。作为实施例，摄像机通常明显比其宽度要更薄。比显示的更厚的弹性部件和厚度全部改变的弹性部件也可以被使用以获得期望的缓冲分布或其它控制。

完全集成的系统可以提供关于重量分布的更多选择。例如，重力部件可以被加入，以增加更接近图像捕获装置部件的重量。各种辅助部件也可以优选提供不同的重量分布选择。当系统完全集成时，用于获得相对万向节装置的支点的重量分布的附加选项是可以的。尽管期望完全集成，装置仍可以被构成有添加的件，并且这包括能够添加重量部件以平衡设备。辅助功能部件可以与特定的附加平衡部件一起被提供，并且原始结构可以被设计为容易容纳它们。例如，集成的稳定器/装置设备可以具有预配置连接点以容纳灯装置。集成的设备也可以具有预配置的连接点以容纳附加的重量部件以平衡灯装置。灯装置和平衡部件可以分开或单独的出售。这允许用户当维持稳定器平衡时添加辅助部件。

集成的系统可以构成为可折叠以提供不使用时更小型的系统，或允许不使用稳定器功能，图像捕获装置更容易被使用。

现在各种说明性实施例已被描述，其中的一些重要的一般概念将被说明。

介绍一种用于平衡、支撑和定向一个装置的包括组合的万向节/手柄组件的稳定化控制器。万向节组件被定位在由具有装置连接其上的稳定化控制器确定的平衡中心。手柄围绕万向节组件配置。中心柱穿过万向节装置的中心平衡轴线并且由此，纵向穿过手柄。中心柱可以具有纵向平衡轴线Z，例如图11中所显示，指定为823。我们定义X轴线和Y轴线与Z轴线相互垂直。具有中心柱的万向节/手柄组件提供相对X轴线、Y轴线和Z轴线的运动，其孤立于其它轴线的运动。万向节/手柄组件包括用于控制相对中心柱的Z轴线旋转运动的机构。平衡支撑结构也可以包括一个或更多弹性部件，当外部万向节环从与中心柱垂直的平面倾斜时，控制中心柱的运动。在本发明的一个简单实施例中，仅相对Z轴线的运动被孤立于运动的其它轴线。

万向节组件，可以具有柱固定套管，内部万向节环，和外部万向节环(见图3中例子，分别为部件302，303，304)，其中柱固定套管围绕中心柱配置，并在内部万向节环内，可旋转地连接至内部万向节环，内部万向节环置于外部万向节环内并可旋转地连接至外部万向节环，并且其中手柄围绕万向节组件配置并可旋转地连接至万向节组件。

摇动轴承组件具有可以用于可旋转地连接摄像机组件和手柄的内圈部件和外圈部件。摇动轴承组件可以围绕外部万向节环配置并在手柄内。摇动轴承组件内圈部件可以连接至外部万向节环，并且摇动轴承组件外圈部件可以连接至手柄。

外部万向节环可以至少部分地向下延伸通过手柄，使它可以与操作员接触，因此它相对手柄的相对运动可以被停止或阻止。装置可以是例如，通过手柄中的开口、通过操作员的手指，操作员能够接触外部万向节环。用于此目的，按钮装置固定到手柄，并可以与内部万向节环相啮合。

用于控制相对中心柱的Z轴线旋转运动的组件通常包括弹性部件，例如弹簧、或泡沫、或弹性聚合物，例如

例如，一个或更多弹簧可以第一端连接至手柄、且第二端连接至外部万向节环。另一机构包括包含垫和叶片的垫环，其中垫环是非旋转地连接至外部万向节环。一个或更多叶片连接至垫环并自垫环放射状延伸。一个或更多垫，由弹性材料形成，被连接至手柄并置于叶片之间。在叶片和垫之间是间隙，从而使当手柄相对外部万向节环旋转时，垫接触叶片，从而控制相对Z轴线的旋转运动。

为了当外部万向节环从垂直于中心柱的平面倾斜时控制中心柱的运动，由可压缩材料组成的弹性部件可以被使用。弹性部件可以被置于外部万向节环的部分内，并当外部万向节环从垂直于中心柱的平面倾斜时，可以与中心柱相互啮合。这减慢或停止与手柄相关的中心柱的相对运动，而没有其突然改变。

平衡支撑结构也可以包括相对中心柱配置的平衡物，以使具有装置的支撑结构的平衡中心位置在万向节组件的中心支点下方。平衡物相对中心柱完全对称并优选可调节。平衡物系统可以是不可调节的，例如用于特定支撑系统和装置的设计。

需要注意的是，虽然本发明的关于摄像机的说明性实施例已经描述，万向节/手柄组件和具有万向节/手柄组件的稳定器可以被用于其它需要具有本发明此处所描述的支撑和稳定类型的装置。本发明包括万向节手柄，具有万向节/手柄组件的设备支撑，具有万向节/手柄组件的设备支撑包括设备，和使用其的方法以及实施此处所述任何实施例的方法和它们的等同。

本发明的各种实施例具有不同的元件组合。本发明并不限于公开的具体实施例，并且可以包括这些元件的不同组合以及它们的等同。

可以理解的是，可以由本领域的技术人员在本发明的精神内对这里描述的并为了说明本发明的原理而举例的细节，材料和部件的排列做出各种变形，本发明的范围由以下权利要求表示。

Claims (27)

1.一种用于平衡、支撑和定向一装置的稳定控制器，所述稳定控制器包括：

位于具有连接有所述装置的稳定控制器的平衡中心的万向节组件；

围绕万向节组件配置的手柄；

与所述万向节装置的平衡轴线的中心线重合的、并具有纵向平衡轴线Z的中心柱，所述中心柱连接为使相对X轴线、Y轴线和Z轴线中的每一个的运动孤立于其它轴线的运动，其中所述三个轴线彼此相互垂直；以及

一个或多个组件，以控制围绕X轴线、Y轴线和Z轴线中的至少一个的旋转运动。

2.如权利要求1的稳定控制器，进一步包括一个或多个弹性部件，从而当外部万向节环从垂直于中心柱的平面倾斜时，控制中心柱的移动。

3.如权利要求1的稳定控制器，其中仅围绕Z轴线的运动孤立于其它轴线的运动。

4.如权利要求1的稳定控制器，其中所述万向节组件包括：

柱固定套管；

内部万向节环；以及

外部万向节环；

其中柱固定套管围绕中心柱、在内部万向节环内配置，并可旋转地连接至内部万向节环；以及

内部万向节环置于外部万向节环内、并可旋转地连接至外部万向节环；以及

其中，手柄围绕万向节组件配置，并可旋转地连接至万向节组件。

5.如权利要求3的稳定控制器，包括：

具有内圈部件和外圈部件的摇动轴承组件，摇动轴承组件围绕外部万向节环、并在手柄内配置；

其中摇动轴承组件内圈部件连接至外部万向节环；以及

摇动轴承组件外圈部件连接至手柄。

6.如权利要求5的稳定控制器，其中外部万向节环至少部分地通过手柄向下延伸；以及手柄，具有一装置，通过其操作员能阻止或停止手柄相对于外部万向节环的相对移动。

7.如权利要求6的稳定控制器，其中所述装置是手柄中的一开口，通过其操作员能够用手指接触外部万向节环。

8.如权利要求6的稳定控制器，其中所述装置是按钮，当其被压下时接合内部万向节环。

9.如权利要求1的稳定控制器，其中关于中心柱的围绕Z轴线的运动由一组件控制，其具有：

摇动杆，配置为与手柄的至少部分纵向中心线重合；

万向节杆，配置为与手柄的至少部分纵向中心线重合；

具有第一端部和第二端部的弹性条，所述第一端部连接至摇动杆；并且所述第二端部连接至万向节杆；

连接至万向节杆的第二摇动弹性部件。

10.如权利要求1的稳定控制器，其中组件用以控制相对X轴线和Y轴线的旋转运动，包括：

具有第一端部和第二端部的弹性部件；

所述弹性部件的第一端部连接至摇动杆，并且弹性部件的第二端部连接至万向节杆。

11.如权利要求10的稳定控制器，其中弹性部件具有环形形状。

12.如权利要求10的稳定控制器，进一步包括第二弹性部件，其中：

第一弹性部件稳定与手柄相关的中心柱，并且完全地持续接触手柄，以及其中，在第一弹性部件和万向节杆之间没有间隙；以及

第二弹性部件围绕中心柱配置，并在它与中心柱之间具有间隙。

13.如权利要求1的稳定控制器，其中关于中心柱的围绕Z轴线的运动通过具有一个或多个弹簧的组件控制，其中每个弹簧的第一端部与手柄相连，并且每个弹簧的第二端部与外部万向节环相连。

14.如权利要求1的稳定控制器，其中关于中心柱的围绕Z轴线的旋转运动通过具有相对中心柱放射状延伸的一个或多个叶片的组件控制，并且当手柄相对中心柱的纵向轴线旋转时，其变为接触一个或多个弹性垫。

15.如权利要求1的稳定控制器，其中关于中心柱的围绕Z轴线的旋转运动通过组件控制，具有：

非旋转地连接至外部万向节环的垫环；

一个或多个连接至垫环并从垫环向外放射状延伸的叶片；

一个或多个由弹性材料形成、连接至手柄的垫，并置于叶片之间，在叶片和垫之间有间隙，从而使当手柄相对外部万向节环旋转时，垫接触叶片，从而控制相对Z轴线的旋转运动。

16.如权利要求2的稳定控制器，其中弹性部件包括置于外部万向节环的延伸部分内的弹性材料，并且当外部万向节环从垂直于中心柱的平面倾斜时，定位至与中心柱接合。

17.如权利要求2的稳定控制器，其中弹性部件包括置于万向节上的可压缩材料，当外部万向节环从垂直于中心柱的平面倾斜时，其控制万向节的运动。

18.如权利要求1的稳定控制器，进一步包括围绕中心柱配置、在万向节组件中心支点下的平衡物，以定位所述装置和稳定控制器的平衡中心。

19.如权利要求1的稳定控制器，进一步包括：

一个或多个可折叠平衡臂。

20.如权利要求19的稳定控制器，其中平衡臂从一平台对称地延伸，平台上连接有装置，并且完全在同一平面内，以及进一步其中所述平台是可折叠至与平衡臂相同或平行的平面。

21.一种平衡和稳定装置的方法，包括：

连接一装置至根据权利要求1的稳定控制器。

22.一种稳定器，包括：

容纳图像捕获装置的固定器；

在其底部连接至所述固定器的平台；

相对所述平台可旋转的一个或多个平衡臂，并且置于完全在与固定器相同的平面内的开口位置，并且在此平面内可旋转；

具有根据权利要求1的手柄、连接至所述平台的万向节装置；

固定器相对万向节装置和手柄整体可折叠；

固定器和臂彼此相对可折叠，因此它们彼此完全位于一平面；

其中当所述装置展开、并且图像捕获装置于固定器内时，所述装置完全平衡、并且把握手柄的用户的运动孤立于图像捕获装置。

23.权利要求22的稳定控制器，包括两个平衡臂，其中臂支点范围彼此对称。

24.权利要求1的稳定控制器，构造为使用重量在0.2lbs至1.5lbs范围内的图像捕获装置。

25.权利要求22的稳定控制器，其中稳定控制器为特定的图像装置构造。

26.权利要求22的稳定控制器进一步包括所述装置。

27.权利要求26的稳定控制器，其中所述装置为图像装置。

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