CN115427723A - 用于稳定视频设备的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于稳定电影和视频记录设备(电影摄像机、视频摄像机和其他记录装置)的手持装置，补偿操作者在移动拍摄时来自手或肩部的晃动和振动，允许视频设备平稳移动。用于稳定视频设备的装置包括通过至少一个铰链机构相互连接的底座和可移动平台，所述铰链机构基于公式(I)表达的关系进行配置：其中，x为平台上水平面到铰链机构的轴交点的距离；К≤0.5；Vi＝ai×bi×ci；ai是整体平行六面体的长度；bi是整体平行六面体的高度；ci是整体平行六面体的宽度；n是铰链机构的总数。技术效果在于减小稳定装置的尺寸和重量。
Figure DDA0003890066740000011

Description

用于稳定视频设备的装置
技术领域
本发明涉及用于稳定摄影和录像设备(摄影机、录像机和其他拍摄设备)的手持装置，用于补偿操作者在移动拍摄时来自手或肩部的晃动和振动，确保视频设备平稳移动。
背景技术
电影制作中用于稳定电影摄像机的所有技术解决方案的核心都是这样一种设备，该设备能够使摄像机，或摄像机与配重一同围绕其重心旋转。此类设备同时解决了两个问题：补偿不需要的角位移，即保证稳定性；并用于摄像机的水平和垂直摇摄。
现有技术中已知的万向节式装置，使得稳定操作者携带的摄像机和具有视频功能的照相机成为可能。此类摄像机在系统中心保持平衡，可在三个轴上自由旋转。上述自由度同时用于稳定拍摄和摇摄。
例如，US 2018335178 A1在2018年11月22日公开了一种稳定装置，包括有效载荷稳定单元，并配置有手柄以使使用者可以充分支撑该稳定装置。有效载荷稳定单元被配置为支承有效载荷，并在铰接接头的帮助下，提供拟稳定的物体在彼此正交的三个轴上自由旋转的可能性。
该装置的缺点包括无法使用大型摄像机，不方便的人体工程学和控制(操作员伸出双手握住系统)，设备的尺寸和重量很大。
此外，WO 2019134151 A1在2019年7月11日公开一种手持稳定设备，包括悬挂机构，用于拟稳定的物体安装于其上的平台，连接到悬挂装置的手柄，同时所述悬挂机构被设置为利用铰接接头围绕三个轴旋转。
这种技术方案的缺点如下：这种结构不能达到可以为更大尺寸摄像机组建类似系统的规模。这是由于尽管该系统的绝对尺寸很小，但与摄像机尺寸相比却相当大。
发明内容
本发明的技术问题在于提供一种装置，其能够使得在拍摄过程中视频设备和电影摄影设备处于移动时保持稳定，且其具有小型轻量的特点。
技术效果在于减小稳定装置的尺寸和重量。
采用如下方案实现上述技术效果：
本发明的视频设备稳定装置包含底座和可移动平台，二者至少通过一个铰链机构相互连接，所述铰链机构根据以下关系进行配置：
Figure BDA0003890066720000021
式中，x是平台上水平面到铰链机构的轴的交点的距离；
К是合成系数(К≤0.5)；
Vi是每个包含铰链机构的平行六面体体积(Vi＝ai×bi×ci)；
ai是整体平行六面体的长度；
bi是整体平行六面体的高度；
ci是整体平行六面体的宽度；
n是铰链机构的总数。
铰链机构由至少两个连接器组成，至少两个连接器彼此相互连接，并且通过至少三个圆柱形铰链连接到底座和平台，每个铰链都可围绕其自身的轴旋转。
第一连接器通过其第一端连接到所述装置的底座，通过其第二端连接到第二连接器的第一端，而第二连接器的第二端连接到所述装置的平台。
铰链机构的轴彼此不正交。
所述装置包含一个以上铰链机构，且所有铰链机构的轴相交于一点。所述装置还可以包括至少一个无刷电机，该电机直接安装在轴上或被配置为通过至少一个杠杆、皮带或链传动来控制铰链。
所述装置还可包括附接至所述装置的底座的可调节手柄和可交换的肩衬。
另外，所述装置可包括监视器和/或瞄准器，其固定至底座和/或可可移动平台或带在摄像机或操作者身上。
另外，所述装置可包括一个内部或外部电池组，可为所述装置和拟稳定的摄影机供电。
附图说明
图1是稳定装置一个实施例的总视图；
图2是稳定装置的底视图；
图3是铰链机构；
图4是稳定装置的侧视图。
图5是稳定装置的底视图；
图6是装有电影摄影机的稳定装置。
具体实施方式
本发明目的在于提供一种装置，与背景技术已知解决方案相比，该装置由于只携带稳定功能而具有小的尺寸和轻的重量，因此当使用手持摄像机拍摄时，操作员可通过转动身体和倾斜双手进行摇摄。
应当理解，在所有已知的上述稳定系统中，其元素具有如下比率：
Figure BDA0003890066720000041
式中，x是平台上水平面到铰链机构的轴的交点的距离(各个立方体的体积为8×3，与铰链机构的轴的交点中心重合，且其边缘与可可移动平台接触)；
К是合成系数；
Vi＝ai×bi×ci；
ai是整体平行六面体(立体四边形)的长度；
bi是整体平行六面体的高度；
ci是整体平行六面体的宽度；
n是铰链机构的总数。
应当理解，上述所有系统和类似系统皆可得出该等式，但是在现有系统中，系数К远大于0.5。
在这种情况下，合成系数К越小，装置的实际尺寸就越小。
在现有的实际解决方案中，系数К大于1，因此已知系统的尺寸非常大，此外，与现有系统中使用的运动学的实践相结合，降低系数非常困难。
本发明的目的在于通过获得系数К的较低的值来减小稳定装置的尺寸。
为了减小稳定装置的尺寸，决定改变其结构，即，改变铰链机构的位置，减小铰链机构的各连接器的轴之间的角度，以便他们最终适合更小的整体平行六面体，由此减小上式中的系数К。
本发明要求保护的装置的结构使得仅在很少的度数之内足以提供摄像机足够稳定的旋转自由度。摄像机仅在摇摄时需要旋转360度的能力而稳定时不需要，但也正因为此，能够旋转360度的系统会比一个只旋转几度的系统更大更重。
与现有系统相比，该装置将具有不同的工作特性，即稳定平台相对于底座的旋转范围更小。
应当理解，系数К越大，系统尺寸越大，但同时稳定偏差的范围也越大，因此可以在更恶劣的条件下工作，稳定偏差的范围更大。而随着系数К减小，系统变得更加紧凑，但同时铰链机构的操作范围减小。
已经通过实验证明，随着铰链机构的操作范围减小，系数К等于或小于0.5，可以实现装置在尺寸上明显减小，当系数К在0.5到1.0之间时，无法实现在尺寸上同样明显的减小。
本发明的视频设备稳定装置包括(见图1和图2)底座1和可移动平台2，至少通过一个铰链机构3相互连接，铰链机构按如下比率配置：
Figure BDA0003890066720000051
式中，x是平台上水平面到铰链机构的轴的交点的距离(各个立方体的体积为8×3，与铰链机构的轴的交点中心重合，且其边缘与可可移动平台接触)；
К是合成系数(К≤0.5)；
Vi是包含铰链机构(Vi＝ai×bi×ci)的每个平行六面体体积；
ai是整体平行六面体(立体四边形)的长度；
bi是整体平行六面体的高度；
ci是整体平行六面体的宽度；
n是铰链机构的总数。
本发明的装置的底座可以制成任何形状，以便操作员可以握持在手中，既可与操作员的身体保持一定距离(在伸出的手臂上)，也可靠近身体或放置在操作员肩上。
可移动平台2位于底座1顶部，用于在其上安装视频设备，并且通过铰链机构3连接到底座。
铰链机构3由(见图3)至少两个连接器4组成，至少两个连接器4采用至少三个圆柱形铰链5的方式相互连接并连接到底座1和平台2，每个铰链5都可围绕其自身的轴旋转。第一连接器的一端铰接至装置的底座1，第一连接器的第二端铰接至第二连接器，而第二连接器的第二端铰接至装置的平台2。
铰链机构具有至少两个连接器，它们相互铰接并连接至底座和平台，其包括至少三个圆柱形铰接接头，其轴彼此不正交。这些轴相交于一点，该点与平台的距离为x。铰链轴在空间中的排列以如下方式进行选择：确保拟稳定的平台在三个旋转自由度上的移动。应当理解，如果系统中使用一个以上铰链，则所有铰链的所有轴必须相交于一点。
为了使系统更紧凑，产生摄像机旋转自由度的至少三条轴相互不正交，而是以足够稳定摄像机的较小的角度例如10-20度相交。该装置类似于比提供满转的装置小两倍，相应重量也轻了几倍。
作为有竞争性的系统，机械装置可以由无刷电机(或其他类型的电机)驱动。
由于旋转轴与传统的正交X、Y和Z轴不重合，该装置必须具备特殊算法，以计算达到恰当稳定化的电机的旋转率。
在这种情况下，至少一台电机既可以直接安装在轴上，也可以安装在装置的任何其他合适的位置上，该位置能够通过至少一个杠杆、皮带或链传动或其他机械连接来控制铰链。
稳定装置可包含可调节手柄、连接至装置底座的可拆卸肩衬和其他辅助元件，以便操作者更舒适地握持装置。
此外，该装置可以包含监视器和/或瞄准器和/或其他拍摄附件，这些附件既可以连接至底座，也可以连接至可移动平台，或者放置在摄像机或操作员身上。
该装置既可以由内部电池组供电，也可由操作员身上携带的外部电池组供电。在这种情况下，拟稳定的摄像机也可以由该电池组供电。
实施例
本发明的稳定装置包括底座和可移动平台，由两个铰链机构相互连接(图4-6)。
将拟稳定物体(例如，电影摄影机)安装在平台上，其“主体”(即不考虑电池组、可更换镜头等)封装在虚拟三维立方体内。本实施例中的立方体的边长为150毫米。
平台上水平面到铰链机构的轴的交点的距离为75毫米。
各铰链机构封装在一个虚拟三维平行六面体内，具有与其外形尺寸相对应的体积——平行六面体的长度为70毫米，宽度为53毫米，高度为44毫米。
铰链机构是按如下比率制作：
Figure BDA0003890066720000071
在提供的示例中，系数К等于0.097。
在这种情况下，平台相对于底座的旋转范围分别是围绕水平轴旋转20°、围绕垂直轴旋转10°和围绕纵向轴旋转10°。
该稳定装置上可以放置多个不同的摄像机，此类摄像头的重心高度不应超过数值x。摄像机被安装为保证其重心在几何上尽可能接近铰链机构的轴交点。
如前所述，铰链机构的结构由至少两个彼此相互连接的连接器组成，并且至少两个上述连接器通过至少三个旋转轴的方式连接到底座和平台。铰链机构的承力部分是连接两个轴并在它们之间提供刚性的部分。
同时，在此结构中添加任何元件，或不同时增加机构的承载能力而只是为了增加其体积的对现有元件的形状改变，在计算上述体积时应当不予考虑。也就是说，当附加铰链时平行六面体的体积ai×bi×ci只考虑平行六面体内实际承载载荷的铰链部分。
本发明确保拍摄期间视频设备在移动时的稳定性，但同时与现有类似方案相比，尺寸更小和重量更轻。

Claims (9)

1.一种用于稳定视频设备的装置，其特征在于，所述装包括通过至少一个铰链机构相互连接的底座和可移动平台，所述铰链机构基于以下关系配置：
Figure FDA0003890066710000011
其中，x是平台上水平面到铰链机构的轴交点的距离；
К<0.5；
Vi＝ai×bi×ci；
ai是整体平行六面体的长度；
bi是整体平行六面体的高度；
ci是整体平行六面体的宽度；
n是铰链机构的总数。
2.根据权利要求1所述的用于稳定视频设备的装置，其特征在于，所述铰链机构是相互连接并通过至少三个圆柱形铰链连接到所述底座和所述平台的至少两个连接器，每个所述铰链都能够围绕其自身的轴旋转。
3.根据权利要求2所述的用于稳定视频设备的装置，其特征在于，第一连接器通过其第一端与所述装置的底座相连，所述第一连接器的第二端与第二连接器的第一端相连，同时第二连接器的第二端连接至所述装置的平台。
4.根据权利要求1所述的用于稳定视频设备的装置，其特征在于，所述铰链机构的轴彼此不正交。
5.根据权利要求1所述的用于稳定视频设备的装置，其特征在于，所述装置包含一个以上的铰链机构，且所有铰链机构的轴相交于一点。
6.根据权利要求1所述的用于稳定视频设备的装置，其特征在于，所述装置还包括至少一个无刷电机，该无刷电机直接安装在轴上，或者设置为能够通过至少一个杠杆、皮带或链传动来控制铰链。
7.根据权利要求1所述的用于稳定视频设备的装置，其特征在于，该装置还包括可调节的把手和附接至所述装置的底座的可拆卸肩衬。
8.根据权利要求1所述的用于稳定视频设备的装置，其特征在于，所述装置还包括监视器和/或瞄准器；该监视器和/或瞄准器附接至所述底座和/或所述可移动平台，或者带在摄像机或操作者身上。
9.根据权利要求1所述的用于稳定视频设备的装置，其特征在于，所述装置还包含内部或外部电池组，其设置为向所述装置和拟稳定的摄像机供电。
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