CN1069752C - 至少提供一个运动轴及阻尼的机器支架及其改进 - Google Patents

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Abstract

一种装在电视摄像机等的支架上迷宫式环形粘滞阻尼器，用以阻尼摄像机的摇动或倾斜运动。阻尼器有多层同心环形叶片的定子和转子，转子叶片与定子交替配置，其间隙充满粘滞性流体，阻尼转子的运动。马达驱动的导螺杆调节转子的转动。速度传感器测量转子的速度，由与手控装置结合的应变仪测量摄像机的摇动或倾斜。马达的控制系统包括用协调力和速度的算法使其程序化的微处理器。

Description

至少提供一个运动轴及阻尼的机器支架及其改进
本发明涉及具有至少一个运动轴的机器支架，具体涉及手工移动的含有用于阻尼机器运动的可变阻尼装置的支架。本发明特别适于但不是唯一的适用于电影摄影机、电视摄像机或摄像机，这些机器通常至少可以以摇动或倾斜方式运动。
在摄影机的摇动/倾斜支架中已应用各种形式的阻尼器，有一些是磨擦型的，包括相互接合的滑动表面，另一些是粘滞型的，具有可相对移动的表面，其间的粘滞流体由表面之间的相对运动剪切，从而形成阻尼。再一些型式的阻尼器包括磨擦和粘滞两种部件。在作者的美国专利NO.4 177 884、国际专利公布NO.WO92/03683和国际专利申请NO.PCT/GB 93/00746中可以找到这种配置的例子。
上述配置本质上基本上全是机械的，尽管通常提供了调节，以便改变所出现的最大阻尼，但是这些阻尼器的转矩/速度特性是其设计和结构固有的，随后不容易改变。
本发明提供了一种机器支架，设支架提供使机器至少在一个轴上的运动和用于控制上述运动的阻尼机构，阻尼机构包括：反抗上述支架运动的可变阻尼装置；上述可变阻尼装置的电操作控制机构，用于按照一个或多个与支架运动有关的变量参数改变阻尼；检测机构，用于检测上述一个或多个参数，以便使控制机构改变阻尼装置，按照上述一个或多个参数的变化提供要求的阻尼。
例如，可以设置检测机构来检测所施加的力和运动速度，上述机控制机构可以调节可变的阻尼，从而按照预定的关系对运动提供随速度改变的阻尼。
一种这样的控制机构可以包括一台微处理器，后者用算法程序化，从而提供需要的阻尼/速度特性。在后一种情况下，微处理器适合于接收由操作者选择的力/速度关系的不同算法。
另外，微处理器可以包含许多不同力/速度关系的算法，并且提供了供操作者选择需要算法的机构。
在任何上述配置中，控制机构还具有另一检测周围环境的机构，以便调节可变力装置，适应这种环境。
例如，检测上述周围环境的机构包括检测温度和风速的机构。
另外，在任何一种上述配置中，控制机构可以包括用于按照摄影机参数的调节改变可变阻尼的机构。
在本发明的一个配置中，机器可以包括具有变焦镜头的摄影机；可以设置响应镜头焦距的改变从而响应镜头视场改变对运动提供不同阻尼的机构。
另外，在任一个上述配置中，支架可以提供摄影机的摇动和倾斜运动，并设置可变阻尼装置，该装置用于控制摄影机的摇动和倾斜运动，由上述控制机构操作。
下面是参照附图对本发明的一些特定实施例的说明，这些附图是：
图1是用于本发明摄影机支架的迷宫式可变粘滞阻尼器的示意图；
图2也是示意图，示出用于控制摄影机升降台摇动运动和倾斜运动的两个这种阻尼器；
图3示出对无转矩传感器的不同牵引特性的迷宫啮合与角速度之间关系的曲线图；
图4以方块图的形式示出获得图3特性的控制系统；
图5是对具有转矩传感器的系统的转矩与角速度的关系曲线图；
图6是获得图5特性的控制系统方块图；
附图示出迷宫型环形粘滞阻尼器，用于阻尼摄影机支架中电视摄像机/摄像机的摇动运动和倾斜运动。
阻尼器包括：转子10，呈空心的圆形横截面形状，具有底板11，该底板11具有整体的直立同心环形叶片12、环形外壁13和环形顶壁14，顶壁上形成进入外壳顶部的中心孔15。环形密封件16装在中心孔15中。
阻尼器的转子总的用17表示，包括支承在定子顶壁上的环形止推垫20上的空心圆筒毂18。圆形驱动板21配置在定子外壳内，具有直立的支柱22，后者穿过顶板上的孔15，与密封件16啮合，该圆形驱动板21固定在圆筒毂的下侧。第二环形止推垫23配置在驱动板的上侧和圆筒毂的下侧之间。驱动板具有一对径向相对的向下凸出的驱动销24。
导螺杆25可转动地装在位于驱动板21中心的孔26中，向下延伸到定子外壳的底板11，在该处，导螺杆形成短圆柱27，该圆柱装入底板11上的圆形插孔28中。因此导螺杆可转动地支承在定子外壳中。
转子板29位于定子外壳中，具有中心螺纹孔30，导螺杆拧在该孔中，使得导螺杆转动便可以使转子板上升和下降，其目的下面说明。
转子板由驱动销24连接于驱动板，使得可随其转动，该驱动销啮合在转子板上的孔31中。由导螺杆转动引起的转子板的上升和下降使得该板沿驱动销上升和下降，但同时保持板之间的驱动连接。
转子板有许多向下凸出的同心环形叶片32，该叶片与定子底板上的直立带片成间隙地交替配置，并且在转子板带片和定子带片之间的空间充以粘滞流体，以对定子和转子之间的相对运动提供阻尼。密封件16防止在柱22和顶壁14上的孔15之间的流体的漏出。由导螺杆引起的转子板的上升和下降改变了定子和转子叶片间的重合，从而改变了定子和转子之间的“耦合”或之间的粘滞阻力。
导螺杆25的上端伸入圆筒毂18并装有齿轮33。可逆电驱动马达34装在对着齿轮一侧的圆筒毂上，并具有带驱动小齿轮35的输出驱动件，该小齿轮35与齿轮33啮合，从而转动导螺杆。通过旋转电位计36可以控制导螺杆的转动，该电位计装在圆筒毂上位于齿轮33另一侧，并装有与齿轮33啮合的小齿轮37。速度传感器38装在圆筒毂38上，对着定子的表面，用于测量转子相对定子的速度。用手控装置可以对摄影机施加转矩，从而摇动或倾斜摄影机，所施加的转矩可以用联接于手控装置上的应变仪测量。
图2示出控制摄影机升降台40的摇动运动和倾斜运动的两个这种阻尼器。升降台安装成可绕水平轴41进行倾斜运动，升降台的直立侧壁42连接在一个阻尼器43的转子上，该阻尼器43控制绕水平轴41的转动。该阻尼器的定子装在第二阻尼器44的转子上，第二阻尼器44可绕垂直轴45转动，从而控制升降台的摇动运动。
设置阻止支架摇动运动和倾斜运动的可变粘滞阻尼器的控制系统，该控制系统包括用一种或多种算法程序化的微处理器，该算法协调转矩和速度，提供其间要求的关系。另外，还设置了测定周围环境的机构，周围环境例如可能影响阻尼器流体粘滞性的温度可能影响摄影机的控制，风速也能影响操作者对摄影机的控制，摄影机部件例如变焦镜头的调节可以提供随焦距的变化因而也随视场的变化而变化的阻力。另外，还可设置微处理器的程序，以适合特殊的使用者个人选择的操作特性。例如，支架可以具有一种输入装置，接收原先记录在磁卡上的信息，从而可以根据操作者的选择控制阻尼。
最后，设置用于调节阻力的手控装置，这属于阻尼器特性的范围。
在支架上的摄影机的运动或者沿倾斜轴或者沿摇动轴，这种运动导致阻尼器对该运动形成反抗转矩，该反抗转矩一般随如由速度传感器19所检测的运动速度线性增加到一定量，然后便保持恒定。这仅是一个转矩速度特性，应当认识到，很多其它的这种特性可以预编程序，以便使用者按需要选择。
如上所述，调节转子和定子的间隔便可使粘滞阻尼器形成改变的阻力。另一些机构可用来改变由粘滞阻尼器提供的阻尼，这种机构包括应用按电场强度改变粘滞性的电流变流体。在实施本发明时，还可以预料到，可以应用压电机构来提供动力，以便相对于电信号改变阻尼量。
调节粘滞耦合的驱动马达最好是步进马达或装在可控回路上的直流伺服马达。
附图的图3是曲线，示出对不同阻力特性的迷宫啮合与角速度的关系，图4是相应控制系统的方框图。
图5是阻力矩对角速度的曲线图，图6是相应控制系统的方框图。

Claims (21)

1.一种机器支架，所述支架适合于安放摄像机等设备，具有至少沿一个轴的运动和控制运动的阻尼机构，所述阻尼机构包括：用于抵抗所述支架的运动的可变阻尼装置；所述可变阻尼装置的电操作控制机构，用于按照一个或多个与支架运动相关的变量参数改变所述可变阻尼装置的阻尼；检测所述一个或多个参数变化的机构，使得所述控制机构改变所述阻尼装置，从而根据所述一个或多个参数的变化提供需要的阻尼，其特征在于：装有响应一个或多个参数的机构，所述参数或所述参数中的一个参数为在所述轴上的所述机器支架的运动速度，以便通过所述电操作控制机构改变由所述可变阻尼装置提供的转矩。
2.如权利要求1所述的机器支架，其特征在于：设置检测所述支架运动速度的机构，所述控制机构调节可变阻尼，从而按照预定的关系随速度的改变提供对运动的阻尼。
3.如权利要求2所述的机器支架，其特征在于：配置用于检测施加的力和支架运动速度的机构，所述控制机构调节可变阻尼，从而按照预定的关系随施加的力和速度的改变提供对运动的阻尼。
4.如权利要求3所述的机器支架，其特征在于：所述控制机构包括用算法程序化的微处理器，从而按照施加的力和速度提供所需要的阻尼。
5.如权利要求4所述的机器支架，其特征在于：所述微处理器适合于接收施加的力和运动速度的关系的不同算法，以供操作者选择。
6.如权利要求5所述的机器支架，其特征在于：所述微处理器包括许多不同的施加的力和运动速度的关系的一系列算法，并配置为操作者选择所需要算法的机构。
7.如权利要求6所述的机器支架，其特征在于：所述控制机构还具有用于检测周围环境的另外的机构，以便调节可变力装置，从而适应外部环境。
8.如权利要求7所述的机器支架，其特征在于：检测所述外部环境的机构包括检测温度和风速的机构。
9.如权利要求8所述的机器支架，其特征在于：由所述机器支架提供的这些或至少一个运动是转动，所述可变阻尼装置是转动的粘滞性阻尼器，所述粘滞性阻尼器具有改变其内的阻力的机构。
10.如权利要求9所述的机器支架，其特征在于：所述阻尼器包括具有多层环形板的定子和具有多层环形板的转子，所述转子与所述定子的环形板交替配置并隔开，粘滞性流体充满所述板之间的空间，设置用于调节转子/定子分离程度的机构，从而改变所述板之间的重叠，从而改变所述阻尼器的阻尼。
11.如权利要求10所述的机器支架，其特征在于：设置电马达，用于调节所述阻尼器的转子/定子的间隔，所述马达由所述控制机构操作，从而可以根据需要改变由所述阻尼器提供的阻尼。
12.如权利要求11所述的机器支架，其特征在于：所述马达是步进直流伺服马达，可对所述转子/定子间隔进行精确控制。
13.如权利要求10所述的机器支架，其特征在于：所述粘滞性阻尼器包括电流变流体，设置一种机构，所述机构在流体中产生可变电场以便改变流体的粘滞性。
14.如权利要求1所述的机器支架，其特征在于：所述可变阻尼装置包括压电设备，用于按照由控制机构供给的电压改变阻尼。
15.如权利要求14所述的机器支架，其特征在于：所述控制机构包括按照机架参数调整而改变所述可变阻尼的机构。
16.如权利要求15所述的机器支架，其特征在于：所述机器支架适合于安装电影摄影机、电视摄像机或摄像机，而所述控制机构包括根据摄影机、摄像机参数的调节调整阻尼器阻尼的机构。
17.如权利要求16所述的机器支架，其特征在于：在用于具有变焦距镜头的摄影机时，设置一种机构，所述机构响应镜头焦距的变化以及因此响应镜头视场的变化而改变阻尼器对运动的阻尼。
18.如权利要求17所述的机器支架，其特征在于：所述机器支架适合于安装电影摄影机、电视摄像机或摄像机，并提供摄影机、摄像机的摇动运动和倾斜运动，而具有电操作控制机构的所述可变阻尼装置设置成用于控制摄影机、摄像机在摇动和倾斜两个方向的运动。
19.如权利要求18所述的机器支架，其特征在于：所述机器支架适合于安装电影摄影机、电视摄像机或摄像机，并包括可变高度柱，所述柱具有结合电操作控制机构的阻尼可变的阻尼装置。
20.如权利要求19所述的机器支架，其特征在于：所述机器支架支承在一个有轮的座上，所述座轮具有结合电操作控制机构的阻尼可变的阻尼装置。
21.如所述任一项权利要求所述的机器支架，其特征在于：所述机器支架包括可移动的起重臂，所述臂具有阻尼可变的阻尼装置和电操作的控制机构。
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