CN109073138A - 用于录像/摄影设备的平衡支撑头 - Google Patents

Abstract

一种用于录像/摄影设备(2a)的平衡支撑头(1)，包括基座(3)、平台(2)，设备可以可拆卸地固定在该平台上，并且其可以相对于基座围绕水平振荡轴线(X)转动，以及能够抵消由设备和平台的重量引起的平台振荡的平衡装置(10)。平衡装置包括弹簧(12)，该弹簧紧固到基座并朝向平台沿所述基座的基本竖直轴线(Z)延伸，并且还包括在距振荡轴线预定距离(R)处紧固到平台并抵接弹簧的一端(15a)的抵接元件(16)，使得当平台相对于基座从竖直、平衡位置振荡时，抵接元件沿弹簧的端相对于竖直轴线移位，使得施加在抵接元件上的力从而产生平衡扭矩，具有与由设备的和平台的重量产生的相反的标志。

Description

用于录像/摄影设备的平衡支撑头

技术领域

本发明涉及一种平衡支撑头，用于包括在主权利要求的前序中提到的特征的类型的录像/摄影设备。

背景技术

在录像/摄影领域，并且特别在电影摄影中，无论是业余的或者专业的，众所周知录像/摄影设备可以在合适的支撑头的辅助下被定位和处理。

特别地，存在已知的支撑头包括基座和平台，设备耦接到该平台，其中该平台连接到基座以便能够围绕一个或多个振荡轴线振荡。

通过移动平台并因此移动固定至其的设备，围绕水平振荡轴线，该水平振荡轴线垂直于设备的光轴线，称为“倾斜”轴线，例如，可以调整设备相对于水平平面的定向，允许镜头向上或向下被转动。

然而，这种振荡移动通常导致由设备和平台形成的系统的重力中心移位，使得当该重力中心离开含有振荡轴线的竖直平面时，该系统变得不平衡并且设备趋于倾倒。

通过识别设备/平台系统的重力的力相对于振荡轴线的力矩更准确地描述这种不平衡。

该力矩与平台和设备组件的固有重量(P)成比例，与所述组件的重力中心距振荡轴线的距离(H)和上面提到的重力中心的振荡角度(α)的正弦成比例，根据关系：

C＝P·H·sin(α)

振荡角度(α)被定义为包括振荡轴线的竖直平面和包括振荡轴线并穿过平台和设备组件的重力中心的平面之间的角度。因此，当平台/设备组件的重力中心垂直于振荡轴线放置时，振荡角度等于0°(平衡位置)。

从上面给出的关系可以推断，当设备特别沉重时，例如摄影机，围绕倾斜轴线的振荡移动对于操作者去控制可以证明是困难和费力的，伴随设备危险跌落的风险。

为了避免这些不想要的缺陷，已知制造包括平衡装置的支撑头，该平衡装置能够抵消平台从均衡的竖直位置的任何不受控制的振荡。

一些已知的平衡装置包括供应反向扭矩的机构，该反向扭矩相反于跌落扭矩，与振荡角度成比例。这种机构例如可以由放置在平台和基座之间的扭转弹簧组成。

然而，申请人已经注意到，尽管不平衡力矩(或跌落扭矩)基本上与振荡角度的正弦成比例，由扭转弹簧产生的平衡扭矩基本上与振荡角度的值成比例。

仅对于足够小的振荡角度的值可以忽略该差异，使得以这种方式设计的平衡装置无效，因为不考虑其他量级，它们不能保证相对宽的振荡范围的稳定均衡。

在专利US 4732357中描述的另一平衡机构提供了包括动态系统的支撑头的使用，该动态系统包括压缩弹簧，该压缩弹簧使得可以获得与跌落扭矩相等的反向扭矩，对于振荡角度的任何值。

该解决方案的主要缺陷代表的事实为根据US 4732357制造的装置仅对于其固有重量落在预定的相当小的范围内的设备有效，使得不同重量的设备通常必须安装在不同的头上。

WO 2013/023277中描述了平衡支撑头的另一示例。

在该支撑头中，提供了一种平衡装置，其包括空气弹簧，该类型的具有汽缸和活塞，在支撑头的基座和平台之间延伸，其中汽缸连结到基座，以及活塞在与汽缸相对的一端连结到平台。

然而，还在这种类型的支撑头中，由平衡装置产生的反向扭矩取决于以与跌落扭矩不同的方式的振荡角度。此外，平衡装置是笨重的并且在头外部，处于未受保护的位置。

DE 3008637、EP 31595和US 4083524示出了具有平衡系统的支撑头的示例，该平衡系统包括与水平振荡轴线间隔分开的一对竖直弹簧。

US2010/243851示出了具有平衡系统的支撑头的示例，该平衡系统包括弹簧，当平台围绕振荡轴线(倾斜轴线)沿一个方向振荡时，该弹簧被制成沿相反方向围绕另一水平轴线振荡。

然而，上述解决方案是非常笨重的并且在结构上相当复杂。

由本发明所解决的问题是提供一种平衡支撑头，其在结构上和功能上设计成至少部分地克服参考所引用的现有技术所提到的缺陷。

特别地，本发明的第一个目的是制造一种平衡支撑头，其包括平衡装置，当振荡角度变化时，该平衡装置能够有效地抵消跌落扭矩。

本发明的第二个目的是制造一种平衡支撑头，其包括平衡装置，能够抵消跌落扭矩，对于所支撑的录像/摄影设备的宽范围的重量值。

本发明的另一目的是制造一种平衡支撑头，其中该平衡装置放置在受保护的位置，并且不会导致支撑头的尺寸显著增加，维持紧凑的配置。

该问题得以解决并且由本发明通过根据所附权利要求制造的平衡支撑头实现这些目的。

本发明的特征和优势将从对其优选实施方式的详细描述中更清楚地看出，通过非限制性的示例加以说明，参照附图，在附图中：

-图1是根据本发明制造的平衡支撑头的示意性立体后视图，

-图2是图1中的头的后视图的示意图；

-图3是图1中的头的示意性平面图；

-图4和图5分别是沿图3的平面IV-IV和平面V-V的截面图，

-图6a和6b是图1中的头处于两个不同的操作位置的示意性侧视图，以及

-图7是图1中的头处于图6a和6b中所示的操作位置的细节的视图。

参考上面列出的附图，参考编号1表示作为整体的平衡支撑头，其根据本发明来制造。

头1优选地是这样的头：其具有两个旋转轴线并且包括固定到基座3的平台2，具有围绕对应的基本上水平的振荡轴线X振荡的能力，能够允许一件录像/摄影设备2a的“倾斜”移动。

基座3包括下部本体3a和上部本体3b，该上部本体连接到下部本体3a，具有围绕全景轴线Z旋转的能力，全景轴线基本竖直并垂直于振荡轴线X。

本领域本身已知的流体盒3c也放置在基座3的下部本体3a和上部本体3b之间，该盒能够确保围绕全景轴线Z的相对旋转移动是平滑的和均匀的。

基座3还设置成固定到合适的支撑件，诸如三脚架，并且为此目的，在下部本体3a中形成螺纹孔，用于标准螺钉附接件。

下部本体3a和上部本体3b之间的相对旋转可以通过锁定销3d适当地锁定。

录像/摄影设备2a，例如摄像机，可以可拆卸地固定到平台2的顶部，与基座3相对。

特别地，在平台2的顶部上制成座4，优选地具有鸠尾截面，该鸠尾截面设置成容纳附接板，具有沿其纵向方向Y滑动的能力，该附接板又可以被紧固到录像/摄影设备2a的底部。

纵向方向Y在距振荡轴线X一定距离处并垂直于该振荡轴线X定向。

优选地，附接板被紧固至录像/摄影设备2a，使得附接板在座4内部可以沿其滑动的纵向方向Y平行于录像/摄影设备2a的光轴线T并且可以通过锁定杆4a紧固在预选位置。

在平台2上还设置有一对附接件5，其从座4的侧延伸并且朝向平台2的后侧纵向地突出。

附接件5优选地与在前部的齿接合，能够允许一个或多个控制杆(“平移棒”)被紧固到平台2上，操作者可以使用这些杆来移动录像/摄影设备2a围绕轴线X和/或轴线Z旋转，并且如果适当，还使用远程控制来控制录像/摄影设备2a的主要功能。

平台2包括从座4的一侧朝向基座3延伸的臂6，该臂可旋转地紧固到突起部7，该突起部通过限定振荡轴线X的枢轴8从基座3的上部本体3b朝向平台2延伸。

在臂6和突起部7的对面，还设置有流体盒9，该流体盒与振荡轴线X同轴并紧固到平台2和到基座3的上部本体3b上，以确保围绕振荡轴线X的相对旋转移动是平滑和均匀的。

支撑头1还包括平衡装置10，其能够抵消平台2围绕振荡轴线X的振荡，该振荡由录像/摄影设备2a和平台2的重量产生。

平衡装置10包括弹簧12，整体地紧固到基座3并且沿着基座3的基本竖直的轴线延伸，该基本竖直的轴线与振荡轴线X相交。

弹簧12沿其延伸的竖直轴线以及因此沿其施加动作的竖直轴线是固定的，并且不依赖于平台2相对于基座3的振荡。此外，在这里描述的优选示例中，该竖直轴线与全景轴线Z重合并且将在下面如此被识别。

在本发明的最优选实施方式中，弹簧12是气动弹簧，但是也可以提供使用不同类型的弹簧。

弹簧12包括沿竖直轴线Z延伸的汽缸13，其中经由孔14，活塞15被接合。

活塞15，优选为圆形截面，沿竖直轴线Z延伸，与汽缸13同轴并通过其自由端15a从汽缸13突出，朝向平台2在突起部7和流体盒9之间延伸。

汽缸13被密封并含有加压气体，诸如氮。出于本发明的目的，当弹簧处于静止状态并且在环境温度时，汽缸内部的气体压力优选地在50和150巴之间。

限定弹簧12的一端的活塞15的自由端15a具有基本垂直于竖直轴线Z的平坦表面。

在可替代的实施方式中，活塞15的自由端15a可以具有弯曲表面，例如凹或凸表面。

平衡装置10还包括抵接元件16，该抵接元件紧固到平台2并朝向基座3延伸，该元件抵接活塞15的端15a以便向弹簧12施加压缩应力。

抵接元件16包括滑动件17，轴承18紧固到该滑动件上，旨在与活塞15的端15a接触。轴承18具有基本平行于振荡轴线X的轴线A，使得当抵接元件16相对于活塞15移位时，轴承18在其自由端15a上在周围滚动。

抵接元件16的轴承18的轴线A与振荡轴线X间隔分开距离R。有利地，抵接元件16紧固到平台2上，具有从基座3滑动以及朝向该基座3滑动的能力以便能够调整距离R。

为此目的，滑动件17紧固到平台2上，具有在叉状本体19内部滑动的能力，在其相对的叉头中形成相应的引导通道，朝向基座3延伸并且与从滑动件17突出的对应的附接部分接合。

平衡装置10还包括用于调整振荡轴线X与自由端15a之间的距离R的机构20，其中弹簧12抵接该抵接元件16。

调整机构20包括枢轴21，该枢轴在其第一端处紧固到滑动件17，其轴线沿着将平台2耦接到基座3的调整轴线延伸。

枢轴21也可以沿着所述调整轴线移位，以便通过从平台2突出并且包括可以围绕自身轴线旋转的轴23的控制杆22来移动抵接元件16更接近或远离振荡轴线X。

控制杆22借助于锥齿轮连接到枢轴21，该锥齿轮包括在轴23的一端23a处同轴布置的第一锥齿轮元件24和在其外部环形齿轮处与第一锥齿轮元件24接合的第二锥齿轮元件25，并且还在轴向螺纹孔中用螺钉拧紧到枢轴21上，枢轴21穿过该螺纹孔。

以这种方式，当控制杆22围绕其自身轴线转动时，枢轴21沿着调整轴线移位，移动抵接元件16的滑动件17远离或朝向基座3。

有利地，控制杆22与附接件5相对延伸，沿水平方向但是相对于座4的纵向方向Y倾斜。

因此，操作者可以容易地操纵杆22而不会干扰紧固到附接件5的任何控制杆。

下面描述支撑头1的功能。

头1最初定位成使基座3布置成使得振荡轴线X在水平平面上并且平台2在基座3上方竖直定向，使得座4基本垂直于全景轴线Z(与弹簧12的轴线重合)。

录像/摄影设备2a，例如摄像机，因此耦接到附接板，该附接板在座4处连接到平台2。因此，附接板沿座4的纵向方向Y移位，直到由平台2和设备2a形成的组件的重力中心G竖直地定位在振荡轴线X的上方。然后将附接板通过锁定杆4a锁定在座4内部的位置中。

在该竖直的均衡位置，如图6a所示，座4位于水平平面上(照此，通常也是录像/摄影设备2a的光轴线T)，并且由设备2a和平台2形成的组件的重力中心G位于含有振荡轴线X的竖直平面上。

在该竖直均衡位置，定义为在包括振荡轴线X的竖直平面与包括振荡轴线X并且穿过平台和设备组件的重力中心G的平面A之间的角度的振荡角度(α)为零。

在该位置，抵接元件16沿着全景轴线Z在与振荡轴线X竖直对齐的点处抵接弹簧12的端15a，并且轴承18的旋转轴线A属于含有振荡轴线X的竖直平面，使得弹簧12施加在抵接元件16上的力相对于振荡轴线X具有零力矩。

此外，在均衡位置，枢轴21将抵接元件16连接到平台2并限定抵接元件16从基座3以及朝向基座3的位移方向与竖直全景轴线Z对齐。

当录像/摄影设备2a和与之一起的平台2围绕振荡轴线X振荡角度α(见图6b)时，重力中心G从上述均衡位置移位，导致跌落扭矩Cd倾向于使由设备2a和平台2组成的组件向下旋转。

跌落扭矩Cd由以下表达式表示：

Cd＝P·H·sin(α)，

其中P是设备和平台组件的重量，H是重力中心G距轴线X的距离，以及α是上面定义的振荡角度。

平台2的振荡涉及在活塞15的自由端15a的平坦表面上的轴承18的同时位移，然而，该平台相对于基座保留在固定位置。通过该位移的作用，由空气弹簧12施加在抵接元件16上的力在平台2上产生平衡扭矩Cb(在与跌落扭矩Cd相反的方向上)，其可以表示如下：

Cb＝p·A·R·sin(α)，

其中p是汽缸13内部的气体的压力，A是活塞15的在孔14的区域中垂直于轴线Z的截面，以及R是振荡轴线X与轴承18的旋转轴线A之间的距离。

轴承18在自由端15a上的位移——所述自由端具有平坦表面——涉及活塞15在汽缸13内下降(见图7，虚线)。然而，空气弹簧12的尺寸制定成使得由活塞15在汽缸13内部的行程产生的体积，即由活塞15的滑动移动导致的汽缸13中的气体所占据的体积的减小是小于或等于当角度为零时由气体所占据的体积的10％。因此，可以假设很好的近似，即压力p不会通过轴承18的位移的影响而显著变化，并且因此，对于我们的目的，它可以被认为是恒定的。

当存在以下关系时，扭矩Cd和Cb相等：

R＝(P·H)/(p·A)

可以看出，其与振荡角度α无关。

如上所述，可以通过作用在调整机构20上来适当地调整距离R。

通过围绕其轴线旋转控制杆22，实际上，锥齿轮的第一和第二元件被设定为旋转，并且由于与枢轴21的螺纹连接，导致抵接元件16沿从基座3以及朝向基座3的调整轴线移位。

应注意，上述调整机构允许抵接元件16的位置非常简单和精确地变化。

因此，通过使抵接元件16相对于基座3适当地移位，平衡扭矩变得等于跌落扭矩，对于振荡角度α的任何值，使得组件100对于由围绕轴线X振荡产生的任何角度的位置是处于均衡中。

由于该特征，如果操作者必须检查由设备2a围绕振荡轴线X的振荡引起的跌落扭矩未被平衡装置10充分地平衡，他或她可以作用在控制杆22上以改变抵接元件和振荡轴线X之间的距离R，以便实现跌落扭矩和平衡扭矩之间的相等，使得系统对于所有其他振荡角度也是最终平衡的。

以这种方式，可以简单地通过适当地改变距离R来确保不同重量和尺寸的设备2a在支撑头1上平衡。特别地，可以确保重量在0和最大允许重量之间的设备2a的平衡，该最大允许重量取决于弹簧12的特征和由距离R可以假设的最大值。

在优选示例中，支撑头1能够平衡具有8kg的最大允许重量在附接板上方竖直地具有55mm的重力中心的设备2a。

此外，应注意，通过调整值R，可以有效地补偿由可察觉的温度变化引起的弹簧12的压力的任何变化。

在优选示例中，轴线A和X之间的距离R可以在最小值0mm(没有平衡动作处)和最大值约10mm之间调整。

在活塞15的自由端15a具有弯曲表面处，特别是凹或凸表面，由平衡装置10产生的平衡扭矩以不同的方式随振荡角度变化，导致对于某些角度范围过平衡(凹表面)或欠平衡(凸表面)。此外，在这种情况下，在相等的振荡下，活塞15或多或少的程度被降低，因此，汽缸13内部的压力值或多或少程度的变化。

还提供，活塞15的自由端15a具有混合类型的表面，具有平坦部分和弯曲区段。

通过确保由平台支撑的设备可以实现稳定定位，如果需要，该定位也可以独立于振荡角度，本发明解决了参考所引用的现有技术提出的问题，同时实现了多个优势。

这些包括能够产生紧凑平衡装置的事实，该平衡装置能够在小空间内提供高的力并且具有有限数量的部件。

由于这些特征，平衡装置含有在头的整体尺寸内，处于受保护的位置并且没有潜在危险的突出部分。

而且，支撑头可以正确地、简单而精确地适用于大范围的录像/摄影设备。

Claims (10)

1.用于录像/摄影设备(2a)的平衡支撑头(1)，包括：

-基座(3)，

-平台(2)，所述设备能够可拆卸地固定到所述平台上，所述平台固定到所述基座上，以便围绕基本水平的振荡轴线(X)振荡，以及还有

-平衡装置(10)，能够抵消由所述设备和所述平台的重量引起的所述平台围绕所述振荡轴线的振荡，

其特征在于，所述平衡装置包括：

-弹簧(12)，紧固到所述基座并且朝向所述平台沿所述基座的基本竖直轴线(Z)延伸，所述基本竖直轴线与所述振荡轴线(X)相交，以及还有

-抵接元件(16)，紧固到所述平台并且抵接所述弹簧面对朝向所述平台的一端(15a)，

所述抵接元件在距所述振荡轴线预定距离(R)处抵接所述弹簧，使得当所述平台相对于所述基座从围绕所述振荡轴线的竖直平衡位置振荡时，所述抵接元件沿所述弹簧的所述端远离所述竖直轴线来移位，所述平台相对于所述基座保留固定，使得由所述弹簧施加在所述抵接元件上的力产生平衡扭矩，具有与由所述设备和所述平台的重量产生的扭矩相反的标志。

2.根据权利要求1所述的头，其中，所述弹簧的所述端(15a)具有平坦表面，所述平坦表面基本垂直于所述竖直轴线，所述抵接元件(16)抵接在所述平坦表面上。

3.根据权利要求1所述的头，其中，所述弹簧的所述端(15a)具有凸表面或凹表面，所述抵接元件(16)抵接在所述凸表面或凹表面上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的头，其中，所述弹簧是具有汽缸(13)和活塞(15)的空气弹簧，所述汽缸紧固到所述基座，所述活塞沿着所述竖直轴线从所述汽缸朝向所述平台延伸并且具有所述抵接元件抵接在其上的自由端。

5.根据前述权利要求中任一项所述的头，其中所述抵接元件(16)能够围绕旋转轴线(A)旋转，以便当所述平台围绕所述振荡轴线振荡时在所述弹簧的所述端上在周围滚动。

6.根据权利要求5所述的头，其中，所述旋转轴线(A)基本上平行于所述振荡轴线(X)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的头，其中，所述抵接元件紧固到所述平台，具有从所述基座滑动以及朝向所述基座滑动的能力，以便调整所述抵接元件和所述振荡轴线之间的所述距离。

8.根据前述权利要求中任一项所述的头，其中，所述平衡装置包括用于调整所述振荡轴线与所述抵接元件之间的距离的机构(20)。

9.根据权利要求8所述的头，其中，所述调整机构包括：

-枢轴(21)，在其一端处紧固至所述抵接元件，并且沿调整轴线(B)可移位，所述调整轴线将所述平台连接至所述基座，

-控制杆(22)，从所述平台突出并且包括能够关于其自身轴线旋转的轴(23)，

并且，其中，所述控制杆连接至所述枢轴，以便随着所述轴的旋转沿所述调整轴线移位所述枢轴。

10.根据权利要求9所述的头，其中，所述控制杆(22)借助于锥齿轮连接至所述枢轴，所述锥齿轮包括在所述轴(23)的一端(23a)处同轴布置的第一锥齿轮元件(24)，和轴向地螺纹配合到所述枢轴(21)上并与所述第一锥齿轮元件接合的第二锥齿轮元件(25)。