DE102005058867B4

DE102005058867B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Bewegen einer auf einem Schwenk- und Neigekopf angeordneten Kamera entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn

Info

Publication number: DE102005058867B4
Application number: DE102005058867.0A
Authority: DE
Inventors: Uwe Fritsch; Walter Honegger
Original assignee: CINE-TV BROADCAST SYSTEMS GmbH; CINE TV BROADCAST SYSTEMS GmbH; KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: CINE-TV BROADCAST SYSTEMS GMBH, DE; KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2025-12-10
Also published as: WO2007065676A1; EP1958436A1; DE102005058867A1; US20080316368A1

Abstract

Verfahren zum Bewegen einer auf einem Schwenk- und Neigekopf (5) angeordneten Kamera (3) entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn (2) zur Erzeugung von Kamerafahrten mit unterschiedlich wirkenden Bildsequenzen, wobei aus der vorgegebenen Bewegungsbahn (2) für die Kamera (3) eine zugeordnete Bewegungsbahn für die räumlichen Positionen und Orientierungen eines Basisbezugs-Systems (4) des Schwenk- und Neigekopfes (5) bestimmt wird und aus der zugeordneten Bewegungsbahn für das Basisbezugs-System (4) des Schwenk- und Neigekopfes (5) zugeordnete Stellgrößen für Achsen (A1-A6) eines in kartesischen Koordinaten fahrbaren Roboters (8), an dessen Aufnahmeflansch (7) der Schwenk- und Neigekopf (5) befestigt ist, erzeugt und an die Achsen (A1-A6) übertragen werden.

Description

Position und Orientierung werden gemeinsam auch als Pose bezeichnet. Die erfassten Werte von Positionen und Orientierungen der Kamera im Raum werden auch als Tracking-Daten bezeichnet. Die erfassten Werte können um interpolierte Werte erweitert werden. Die Bewegungen der realen Kamera müssen in einem virtuellen Studio simuliert werden, um die zu einer bestimmten Kamerapose passende Perspektive bestimmen und die virtuellen Bilder erzeugen zu können. Das Simulationssystem muss dabei die Posen der realen Kamera durch ein Kamera-Tracking erfassen und anschließend simulieren können.
Für handgeführte Kameras existieren Tracking-Systeme, die beispielsweise mittels Infrarot-Messkameras die Pose einer Kamera in allen sechs Freiheitsgraden bestimmen können und damit ein Motion-Tracking erlauben. Mit einer handgeführten Kamera ist es jedoch nahezu unmöglich, eine bestimmte vorgegebene, bzw. bereits einmal ausgeführte Bewegungsbahn exakt wiederholen zu können.
Automatisch geführte Kameras können bereits einmal ausgeführte Bewegungsbahnen exakt wiederholen. Dazu ist die Kamera auf einem Fahrstativ angebracht. WO 93/06690 A1 zeigt ein fernsteuerbares Fahrstativ, das mit einer Fernsehkamera ausgestattet ist. Einer Vielzahl von Bildeinstellungen werden mittels eines Steuerungssystems definierte Positionen der Fernsehkamera zugeordnet. Dazu ist es erforderlich, die einzelnen Positionen anzufahren und abzuspeichern.
In dem Artikel „Robots in the News" aus der Zeitschrift „Industrial Robot", Vol. 21 No. 2, 1994, pp 17-19 wird darauf hingewiesen, dass in TV-Produktionen ein Bedarf besteht, die Fähigkeiten eines robotischen Kamerasystems zu erweitern. Als eine Möglichkeit wird die Verwendung eines Industrieroboters erwähnt, um die Kamera wie bisher von einer ersten Aufnahmeposition in eine zweite Aufnahmeposition zu bewegen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und einen Kameraroboter zur Verfügung zu stellen, wodurch eine Kamera entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn wiederholgenau bewegt werden kann.
Die Wiederholgenauigkeit soll vorzugsweise bei automatisiert bewegten Kameras, aber auch bei manuell zu fahrenden Kameras möglich sein. Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Kameraroboter dazu eingesetzt werden, in einer Simulation rechnerisch erzeugte virtuelle Bewegungsbahnen (Offline-Programmierung) einer virtuellen Kamera unmittelbar auf eine reale Kamera anwenden zu können, ohne vorherige manuelle Lernfahrten durchführen zu müssen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird in einem gattungsgemäße Verfahren dadurch gelöst, dass aus der vorgegebenen Bewegungsbahn für die Kamera eine zugeordnete Bewegungsbahn für die räumlichen Positionen und Orientierungen eines Basisbezugs-Systems des Schwenk-/Neigekopfes bestimmt werden und aus der bestimmten Bewegungsbahn für das Basisbezugs-System des Schwenk-/Neigekopfes zugeordnete Stellgrößen für Achsen eines in kartesischen Koordinaten fahrbaren Roboters, an dessen Aufnahmeflansch der Schwenk-/Neigekopf befestigt ist, erzeugt und an die Achsen übertragen werden.
Der Schwenk-/Neigekopf ist erfindungsgemäß in kartesischen Koordinaten entlang einer Bewegungsbahn durch den Roboter geführt. Durch die Bewegung in kartesischen Koordinaten kann die Wiederholgenauigkeit der Bewegung besonders gut eingehalten werden.
Als Roboter wird vorzugsweise ein Knickarmroboter eingesetzt. Der Knickarmroboter weist insbesondere wenigstens vier und in vorteilhafter Weise sechs Drehachsen auf. Durch die Verwendung eines Knickarmroboters können dieselben Kameraposen mit unterschiedlichen Gelenkstellungen des Knickarmroboters erreicht werden. Damit wird ein Kameraroboter zur Verfügung gestellt, der besonders flexible eingesetzt werden kann, da mit ihm Kamerafahrten möglich sind, die mit bekannten Systemen bisher nicht möglich waren.
Ist eine entlang einer Bewegungsbahn abzulaufende Abfolge von Positionen und Orientierungen einer Kamera bekannt, so können aus den zugehörigen Positionsdaten Fahrbefehle generiert werden, die einen Roboter steuern, der die Kamera entlang der gewünschten Bewegungsbahn führt. Die von einer Steuerung vorzugsweise über Servo-Verstärker anzusteuernden Antriebsmotoren werden simultan angetrieben, so dass die Achsen des Roboters simultan bewegt werden können. Es kann jeder Roboterachse eine eigene Steuerung zugeordnet sein und mehrere Steuerungen für mehrere Roboterachsen über geeignete Bussysteme gekoppelt oder synchronisiert sein. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, eine eigene Steuerung für den Antrieb der Roboterachsen und für die Funktionen der Kamera und des Schwenk-/Neigekopfes eine separate Steuerung vorzusehen. Die Steuerung der funktionellen Einheit Kamera und Schwenk-/Neigekopf kann mit der Steuerung der Roboterachsen über geeignete Bussysteme verbunden sein, die vorzugsweise einen gekoppelten oder synchronen Betrieb sicherstellen. So können beispielsweise die in einer Simulation eines Sets oder eines Studios erzeugte virtuelle Bewegungsbahnen oder vorgegebene Bewegungsbahnen, im realen Studio dem Roboter unmittelbar zugeführt werden, so dass dieser die Kamera auf der Bewegungsbahn wiederholgenau führen kann.
Den vorgegebenen Bewegungsbahnen können gewünschte Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungsprofile zugeordnet werden. Es können auch der selben vorgegebenen Bewegungsbahn verschiedene Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungsprofile zugeordnet werden und damit trotz gleicher Bewegungsbahn im Raum verschiedene Kamerafahrten mit unterschiedlich wirkenden Sequenzen erzeugt werden. Die erzeugten Bildsequenzen weisen dann eine unterschiedliche Dynamik auf.
Für die Kopplung von Kamera und Roboter ist es wesentlich, dass zwischen Kamera und Aufnahmeflansch des Roboters ein Schwenk-/Neigekopf vorgesehen ist. Der Schwenk-/Neigekopf, der neben den diesbezüglichen Funktionen von Pan und Tilt auch zusätzlich über die Funktion Roll verfügen kann, bildet erfindungsgemäß mit der Kamera die funktionelle Einheit, die insbesondere separat vom Roboter angesteuert werden kann. Dadurch kann zusätzlich zu einer durch die Roboterstellung vorgegeben Raumpose eine unabhängige Orientierung der Kamera gemäß den bekannten Kameraführungsmethoden erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, dass bereits auf dem Markt befindliche Kamerasteuerungen weiterhin für die Funktionen wie bspw. Pan, Tilt, Roll, Zoom, Fokus und Iris eingesetzt werden können. Dies wird dadurch erreicht, dass die Bewegungsplanung für die Roboterachsen sich auf ein Basisbezugs-System des Schwenk-/Neigekopfes beziehen und nicht auf die Kamera selbst. Als Basisbezugs-System wird ein Koordinatensystem bezeichnet, das eine feste Lage in einem dem Aufnahmeflansch zugeordneten Teil des Schwenk-/Neigekopfes aufweist. Durch die Verwendung eines Roboters können nicht nur Bewegungsbahnen abgefahren werden, die mit üblichen Systemen, wie den bekannten Fahrstativen nicht möglich sind. Aufgrund der Vielzahl von Achsen eines Roboters kann dieselbe räumliche Position über unterschiedliche Kombinationen von Achsstellungen durch mehrere Stellungen des Roboters eingenommen werden. So können auch Positionsabfolgen gefahren werden, die mit den bekannten Systemen nicht möglich sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare Kamerafahrten können nicht nur in virtuellen Studios eingesetzt werden, sondern beispielsweise auch in Live-Sendungen bzw. Sportübertragungen bisher nicht realisierbare wiederholgenaue Kamerafahrten ermöglichen. Die bekannten Systeme ohne Fahrstative sind nur Bewegungen in vertikaler Richtung und Schwenks um die vertikale Richtung (Pan) möglich. Für lineare Bewegungen in der Horizontalen sind dann Fahrstative erforderlich. Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Roboters sind auch bei feststehendem Roboter lineare Kamerafahrten in horizontaler Richtung möglich, ohne ein aufwendiges Fahrstativ zu benötigen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Bewegungsbahn für die Kamera oder für das Basisbezugs-System des Schwenk-/Neigekopfes durch manuelles Bewegen mittels einer Steuerung in Echtzeit abfahrbar. Dazu kann entweder die räumliche Lage des Basisbezugs-Systems des Schwenk-/Neigekopfes beispielsweise mittels eines Joysticks oder eines anderen handgeführten Bedienteils eingestellt werden, wobei eine unabhängige Orientierung der Kamera gemäß den bekannten Kameraführungsmethoden erfolgen kann. Oder es kann die räumliche Lage der Kamera direkt mittels des Joysticks oder des handgeführten Bedienteils eingestellt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Bewegungsbahn für die Kamera oder für das Basisbezugs-System des Schwenk-/Neigekopfes aus einem Simulations-System eines virtuellen Sets oder Studios zugeführt. In einer Simulation bereits virtuell erstellte Sets können noch innerhalb der Simulation vorausgeplant und die Bewegungsbahn der Kamera berechnet werden. Diese virtuell geplante Bewegungsbahn der Kamera kann einer Steuerung für den Roboter zugeführt und beispielsweise in Echtzeit ausgeführt werden, so dass der Roboter die Kamera unmittelbar auf der geplanten Bewegungsbahn führen kann. Für einen Echtzeitbetrieb wird der Roboter und/oder die Einheit aus Kamera und Schwenk-/Neigekopf mit einer echtzeitfähigen Steuerung betrieben. Diese geplante Bewegungsbahn kann durch den Roboter beliebig oft und positionstreu wiederholt werden, ohne dass es zu Abweichungen in der Pose der Kamera auf der Bewegungsbahn kommt. Da das erfindungsgemäße Robotersystem keine schlupfbehafteten Komponenten aufweist, ist eine bahntreue Wiederholbarkeit der Kamerafahrt auf der Bewegungsbahn möglich. Schlupf, wie er beispielsweise in Fahrstativen mit Rädern vorhanden ist, kann bei einem erfindungsgemäßen Roboter nicht auftreten.
Alternativ kann die Bewegungsbahn für die Kamera oder für das Basisbezugs-System des Schwenk-/Neigekopfes als vorprogrammiertes Bewegungsbahnmuster in einer Steuerung für den Roboter hinterlegt sein. Durch die Hinterlegung von vorprogrammierten Bewegungsbahnmustem kann ein Anwender auf aufwendige und kostenintensive Simulationsprogramme und manuelle Lernfahrten verzichten. Ein Bewegungsbahnmuster kann beispielsweise ein vorprogrammierter 360°-Schwenk um einen Fixpunkt sein. Ein anderes Bewegungsbahnmuster kann beispielsweise eine lineare Vorbeifahrt an einem Fixpunkt sein. Dabei kann optional in der Vorbeifahrt die Kamera auf einen Raumpunkt fokussiert sein. Somit können Anwender Bewegungsbahnen benutzen, ohne diese selbst vorprogrammieren zu müssen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind in einer Steuerung für den Roboter eine Vielzahl von vorprogrammierten Bewegungsbahnmustern hinterlegt. Ein durchzuführendes Bewegungsbahnmuster kann vom Benutzer je nach Bedarf durch Auswahl an einem mit der Steuerung gekoppelten Bediengerät aktiviert werden.
Die vorprogrammierten Bewegungsbahnmuster können in einem von der Steuerung abtrennbaren Speicher abgelegt sein. Dies ermöglicht einen einfachen und kostengünstigen Austausch existierender Bewegungsbahnmuster. Es können nicht mehr benötigte Bewegungsbahnmuster aus der Steuerung entfernt werden, so dass diese Bewegungsbahnmuster nicht mehr aktiviert werden können. Zusätzlich können neue Bewegungsbahnmuster hinzugefügt werden. Die Vorgabe von festen vorprogrammierten Bewegungsbahnmustem erhöht die Sicherheit des Robotersystems, da dem Benutzer jede Einflussnahme verwert ist und somit fehlerhaft programmierte Bewegungsbahnmuster, die ein Sicherheitsrisiko darstellen könnten, erst gar nicht erstellt werden können.
In Anwendungen mit mehreren Kameras in einem Set oder Studio können die Stellgrößen für Achsen eines ersten Roboters mittels einer Synchronsteuerung mit Stellgrößen mindestens eines zweiten Roboters synchronisiert werden. Die Synchronisation kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass mehrere Kameras aus unterschiedlichen Positionen auf ein gemeinsames Objekt fokussiert sind und bei Bewegen des Objektes im Raum und einer Verfolgung des Objektes mittels einer ersten Kamera, die weiteren Kameras synchron zur ersten Kamera das Objekt im Fokus behalten.
Ein Objekt-Tracking ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit einem oder mehreren Robotern möglich, auch mit der Option der manuellen Veränderung. So kann beispielsweise ein einzelner Roboter eine automatisierte Bewegung ausführen, bei der das gewünschte Zielobjekt stets im Bild der Kamera eingefangen bleibt und parallel dazu kann eine Person die Funktionen der Kamera und/oder die Stellung des Schwenk-/Neigekopfes manuell steuern bzw. editieren. Bei Verwendung von mehreren Robotern bzw. robotischen Kameras können mehrere Kameras auf ein gemeinsames Zielobjekt eingerichtet sein, so dass das selbe Objekt zeitgleich aus unterschiedlichen Perspektiven von den Kameras eingefangen wird. Die mehreren Kameras können jedoch auch so angesteuert sein, dass ein Zielobjekt von einer Kamera auf eine nächste Kamera übergeben wird. Dadurch wird ein Objekt-Tracking über große Distanzen automatisiert möglich.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bewegen einer auf einem Schwenk-/Neigekopf angeordneten Kamera entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn ist ein erfindungsgemäßer Kameraroboter zugeordnet, der mit einem zum Tragen einer Kamera ausgebildeten Schwenk-/Neigekopf ausgestattet ist, der an einem Aufnahmeflansch des Roboters angeordnet ist, wobei der Roboter vorzugsweise mit mindestens vier Drehachsen ausgestattet ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Roboter sechs Drehachsen aufweist. Der Roboter kann dabei die Kamera mit unterschiedlichen Stellungen des Roboters in die selbe gewünschte Position bringen. So kann die Kamera in Positionen gebracht werden, die mit bekannten Kamerastativen nicht erreichbar sind.
Zur Flexibilisierung des Kamerasystems kann der Kameraroboter mit einer Steuerung verbunden sein, die zum Ansteuern weiterer Stelltriebe für mindestens die Funktionen Pan und Tilt des Schwenk-/Neigekopfes ausgebildet ist.
Die Steuerung kann zusätzlich zum Ansteuern von Stelltrieben für Roll, Kamera, Zoom, Fokus und/oder Iris ausgebildet sein.
Ergänzend kann der Kameraroboter auf einem Linear- oder Fahrantrieb angeordnet sein, der von der Steuerung ansteuerbar ist. Ein insbesondere in der Robotertechnik bekannter Linearantrieb kann vorgesehen werden, um die Beweglichkeit des erfindungsgemäßen Robotersystems zusätzlich zu erhöhen. Ein solcher Linearantrieb hat den Vorteil, dass er schlupffrei eine lineare Bewegung ermöglich, wodurch auch große geradlinige Bewegungen der Kamera positionsgenau wiederholt werden können.
Die Steuerung kann neben der Kameraführung und der Ansteuerung der Stelltriebe für Roll, Kamera, Zoom, Fokus und/oder Iris auch für die Steuerung weiterer externer Studiogeräte, wie bspw. Videoserver und Videomischer ausgelegt sein. Auch kann die Steuerung so ausgelegt sein, dass sie ihrerseits von den externen Studiogeräten angesteuert werden kann. Durch die Genauigkeit der Kamerarobotersteuerung ist eine Anbindung an Newsroom-Systeme möglich.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:

1a eine schematische Darstellung des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Grundvariante;
1b eine schematische Darstellung des Ablaufs analog 1a in einer erweiterten Variante mit den Funktionen Schwenken und Neigen als zusätzliche Achsen;
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems;
3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kameraroboters, und
4 den Kameraroboter aus 3 mit einer zusätzlichen Linearachse.

In 1a ist schematisch der Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einem TV-Studio 1 wird eine gewünschte Kamerafahrt für eine Filmsequenz geplant und eine dazu passende Bewegungsbahn 2 für eine Kamera 3 vorgegeben. Das Verfahren bestimmt aus der vorgegebenen Bewegungsbahn 2 für die Kamera 3 die Positionen und Orientierungen eines Basisbezugs-Systems 4 im Raum. Das Basisbezugs-System 4 befindet sich, wie in 3 gezeigt, an einer fest definierten Stelle eines Schwenk-/Neigekopfes 5, an dem die Kamera 3 befestigt ist. Das Basisbezugs-System 4 ist bevorzugt an einem Anschlussteil des Schwenk-/Neigekopfes 5 vorgesehen. Das Anschlussteil ist fest mit einem Aufnahmeflansch 7 eines Sechsachs-Industrieroboter 8 verbunden. Das Basisbezugs-Systems 4 ist in dieser Ausführungsform insoweit an die Bewegungen des Aufnahmeflansches 7 gekoppelt und entspricht damit einem Aufnahmeflansch- oder Werkzeug-Tool-Center-Point (TCP) des Sechsachs-Industrieroboter 8. Die Positionen des Basisbezugs-Systems 4 im Raum sind durch die drei kartesischen Raumkoordinaten X, Y und Z definiert. Die Orientierungen des Basisbezugs-Systems 4 im Raum sind durch die drei Rotationen im kartesischen Raumkoordinatensystem definiert. Dabei entspricht vorzugsweise die Rotation um A einer Drehung um die Z-Achse, die Rotation um B einer Drehung um die Y-Achse und die Rotation um C einer Drehung um die X-Achse des kartesischen Raumkoordinatensystems. Die Bewegungsbahn 2 kann beliebig oft wiederholt nachgefahren werden, indem bspw. je einem Zeittakt (time code) eine bestimmte Position des Basisbezugs-System 4 zugeordnet wird und die Zeittakte nacheinander abgearbeitet werden. Üblicher Weise ist der Zeittakt (time code) an den Ablauf der Filmsequenz gebunden. Aus der Position und der Orientierung des Basisbezugs-Systems 4 kann eine Steuerung 9 für den Sechsachs-Industrieroboter 8 mittels geeigneter Rücktransformations-Algorithmen die zur Einstellung der jeweiligen Position und Orientierung des Basisbezugs-System 4 erforderlichen Winkelstellungen 10 der Roboterachsen A1, A2, A3, A4, A5 und A6 bestimmen. Aus den berechneten Winkelstellungen 10 werden entsprechende Stellgrößen für die Achsantriebe 11 des Sechsachs-Industrieroboter 8 über zugeordnete Servoverstärker 12 erzeugt und an die Achsantriebe 11 übertragen.
1b zeigt eine erweiterte Variante mit den Funktionen Schwenken (pan) und Neigen (tilt) als zusätzliche Achsen A7 und A8. Die Bewegungsbahn 2 für die Kamera 3 wird dabei nicht nur von der Position und Orientierung des Basisbezugs-Systems 4 bestimmt, sondern durch zusätzliche Freiheitsgrade, die durch den Schwenk-/Neigekopf 5 ermöglicht sind. In einer ersten Variante wird die Funktion Schwenken (pan) als eine zusätzliche Achse A7 definiert und die Funktion Neigen (tilt) durch eine weitere zusätzliche Achse A8 definiert. Die zeitliche Abfolge von Änderungen in den Achsen A7 und A8 werden dabei vorzugsweise synchron zu den Bewegungen des Basisbezugs-Systems 4 ausgeführt. In einer anderen Variante kann mindestens ein zusätzlicher Kameraroboter 13 eingesetzt werden. Der Kameraroboter 13 dient dazu, die Filmsequenz aus einer anderen Perspektive zu erfassen. Die dabei erhaltenen mindestens zwei Bewegungsbahnen können synchron miteinander ausgeführt werden. Der Kameraroboter 13 ist dazu über eine Synchronsteuerung 14 an den Sechsachs-Industrieroboter 8 gekoppelt. Diese Synchronisation bezieht sich vorzugsweise auf eine zeitliche Synchronisation verschiedener Bewegungsbahnmuster des Sechsachs-Industrieroboters 8 und des Kameraroboters 13. Alternativ können der Sechsachs-Industrieroboter 8 und der Kameraroboter 13 auch derart betrieben werden, dass sie synchrone Bewegungsbahnmuster positionsversetzt ausführen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in der Steuerung 9 realisiert sein. Die Steuerung 9 befindet sich auf einem Steuerungsrechner, dem vorzugsweise ein „Touchscreen-Interface“ zugeordnet ist. Über die Touchscreen 14 können Ausführungsbefehle manuell in die Steuerung eingegeben werden. Die Bewegungsbahnen 2 können beispielsweise mittels eines manuellen Steuerungssystems 15 abgefahren werden. Das Steuerungssystem 15 kann als „Joystick-panel“ ausgebildet sein. Mittels des Joysticks kann eine selektierte Kamera manuell im Raum bewegt werden. Statt eines Joysticks kann auch eine 6D-Mouse verwendet werden. Alternativ zu einer manuellen Ansteuerung der Kameras 3 können die Bewegungsbahnen 2 auch in einem Simulations-System 16 eines virtuellen Sets des Studios 1 der Steuerung 9 zugeführt werden. Eine Vielzahl von vorprogrammierten Bewegungsbahnmustem kann in der Steuerung 9 hinterlegt sein. Die Auswahl des gewünschten Bewegungsbahnmusters erfolgt über ein Bediengerät 17. Des Weiteren können externe Bewegungsbahnmuster über eine vorzugsweise digitale Ein- und Ausgangsschnittstelle 18 der Steuerung 9 zugeführt werden. Vorprogrammierte Bewegungsbahnmuster können in einem von der Steuerung 9 abtrennbaren Speicher 19 abgelegt sein. Verschieden Speicher 19 können selektiert der Steuerung 9 zugeführt werden. Dazu kann entweder ein einzelner Steckplatz 20 an der Steuerung 9 vorgesehen sein, in den der ausgewählte Speicher 19 eingesetzt und dadurch das entsprechende Bewegungsbahnmuster der Steuerung 9 implementiert wird, oder es sind mehrere Steckplätze 20 für eine Vielzahl von Speichern 19 vorgesehen, so dass eine Gruppe von Bewegungsbahnmustern in der Steuerung 9 vorhanden sein können und die gewünschte Bewegungsbahn dadurch selektiert wird, dass am Bediengerät 17 eine entsprechende Auswahl erfolgt. Entsprechend dem ausgewählten Bewegungsbahnmuster werden die Servoverstärker 12 über eine Mehrachsensteuerung 21 (Multi-Axis-Controller) angesteuert und die zugeordneten Achsantriebe 11 bewegt. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Roboterachsen A1, A2, A3, A4, A5 und A6 des Sechsachs-Industrieroboters 8 angesteuert. Die Achse A7 dient zur Einstellung des Schwenkens und die Achse A8 der Einstellung der Neigung der Kamera 3. Ergänzend sind beispielhaft zwei weitere Achsen A9 und A10 dargestellt, die wahlweise für weitere Kamerafunktionen wie Rollen, Kamera Ein/Aus, Zoom, Fokus und/oder Iris verwendet werden können.
3 zeigt einen erfindungsgemäßen Sechsachs-Industrieroboter 8 in der Bauweise als Knickarmroboter. Ein Karussell 22 ist über die Achse A1 drehbar mit einem Grundgestell 23 verbunden. An dem Karussell 22 ist eine Schwinge 24 über die Achse A2 angelenkt. An einem dem Karussell 22 gegenüberliegendem Ende der Schwinge 24 ist ein Arm 25 über die Achse A3 drehbar gelagert. Eine Zentralhand 26 ist über die Achse A4 um ihre Längserstreckung drehbar. Die Zentralhand 26 weist eine weitere Achse A5 auf, an welcher der Aufnahmeflansch 7 schwenkbar gelagert ist. Der Aufnahmeflansch 7 selbst kann eine weitere Rotation um die Achse 6 ausführen. An dem Aufnahmeflansch 7 ist der Schwenk-/Neigekopf 5 befestigt.
Der Schwenk-/Neigekopf 5 weist eine Anschlussplatte 27 auf, die starr mit dem Aufnahmeflansch 7 verbunden ist. An die Anschlussplatte 27 ist das Basisbezugs-System 4 gebunden. Eine Schwenkstruktur 28 ist über die Achse A7 schwenkbar an der Anschlussplatte 27 gelagert. Die Schwenkstruktur 28 trägt einen Kamerahalter 29 auf dem die Kamera 3 befestigt ist. Der Kamerahalter 29 kann mittels der Achse A8 gegenüber der Schwenkstruktur 28 geneigt werden.
4 zeigt den Sechsachs-Industrieroboter 8 aus 3, wobei das Grundgestellt 23 im Gegensatz zu 3 nicht fest auf einem Untergrund montiert, sondern auf einer Linearachse 30 angeordnet ist. Durch die Montage des Sechsachs-Industrieroboters 8 auf einer Linerachse 30 wird ein zusätzlicher Freiheitsgrad geschaffen, der ein Fahren des kompletten Kamera-/Robotersystems ermöglicht. Die Linearachse 30 kann als zusätzliche Achse A9 betrachtet werden, die in gleicher weise wie andere Zusatzfunktionen von der Steuerung 9 mit verwaltet werden kann. Alternativ zu einer festen Montage oder der Anordnung auf einer Linearachse 30 kann der Sechsachs-Industrieroboter 8 auch auf einem manuell oder automatisch verfahrbaren Fahrstativ montiert sein.

Claims

Verfahren zum Bewegen einer auf einem Schwenk- und Neigekopf (5) angeordneten Kamera (3) entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn (2) zur Erzeugung von Kamerafahrten mit unterschiedlich wirkenden Bildsequenzen, wobei aus der vorgegebenen Bewegungsbahn (2) für die Kamera (3) eine zugeordnete Bewegungsbahn für die räumlichen Positionen und Orientierungen eines Basisbezugs-Systems (4) des Schwenk- und Neigekopfes (5) bestimmt wird und aus der zugeordneten Bewegungsbahn für das Basisbezugs-System (4) des Schwenk- und Neigekopfes (5) zugeordnete Stellgrößen für Achsen (A1-A6) eines in kartesischen Koordinaten fahrbaren Roboters (8), an dessen Aufnahmeflansch (7) der Schwenk- und Neigekopf (5) befestigt ist, erzeugt und an die Achsen (A1-A6) übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Roboter ein Knickarmroboter eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahn (2) für die Kamera (3) oder für das Basisbezugs-System (4) des Schwenk- und Neigekopfes (5) durch ein manuelles Steuerungssystem (15) in Echtzeit abgefahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahn (2) für die Kamera (3) oder für das Basisbezugs-System (4) des Schwenk- und Neigekopfes (5) aus einem Simulations-System (16) eines virtuellen Sets oder Studios (1) einer Steuerung (9) des Roboters (8) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahn (2) für die Kamera (3) oder für das Basisbezugs-System (4) des Schwenk- und Neigekopfes (5) als vorprogrammiertes Bewegungsbahnmuster (19) in einer Steuerung (9) des Roboters (8) hinterlegt ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerung (9) eine Vielzahl von vorprogrammierten Bewegungsbahnmustern hinterlegt ist und ein durchzuführendes Bewegungsbahnmuster durch Auswahl an einem mit der Steuerung (9) gekoppelten Bediengerät (17) aktivierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorprogrammierten Bewegungsbahnmuster in einem von der Steuerung (9) abtrennbaren Speicher (19) abgelegt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgrößen für Achsen (A1-A6) eines ersten Roboters (8) mittels einer Synchronsteuerung (14) mit Stellgrößen mindestens eines zweiten Roboters (13) synchronisiert werden.
Kameraroboter, der eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, mit einem zum Tragen einer Kamera (3) ausgebildeten Schwenk- und Neigekopf (5), der an einem Aufnahmeflansch (7) eines Roboters (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (8) mindestens vier Drehachsen (A1-A4) aufweist.
Kameraroboter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (8) sechs Drehachsen (A1-A6) aufweist.
Kameraroboter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kameraroboter (8) mit einer Steuerung (9) verbunden ist, die zum Ansteuern weiterer Stelltriebe für mindestens die Funktionen Pan und Tilt des Schwenk- und Neigekopfes (5) ausgebildet ist.
Kameraroboter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) zusätzlich zum Ansteuern von Stelltrieben für Roll, Kamera, Zoom, Fokus und/oder Iris ausgebildet ist.
Kameraroboter nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kameraroboter (8) auf einem Linearantrieb (30) angeordnet ist, der von der Steuerung (9) ansteuerbar ist.