TWI388757B - 拍照機械臂 - Google Patents

Description

拍照機械臂

本發明是有關於一種拍照機械臂(photo arm)，其以手動操控拍照機械臂(photo arm)沿一固定半徑圓弧路徑迴轉，藉由固定於拍照機械臂上之相機(camera)沿圓弧路徑進行不同角度拍照之裝置。拍照機械臂上並設有電源訊號轉接盒(power and signal connecting box)提供相機所需電力以及傳輸影像訊號與控制命令，以及拍照機械臂迴轉中心高度的調整機構。

一般手動操控之拍照機械臂是以手動的方式調整固定在機械臂一端的相機拍照角度(shooting angle)，並在機械臂的另一端設置配重塊(counterweight)以平衡機械臂兩端之負重。而未有利用傳動機構(transmission mechanism)來帶動拍照機械臂之設置。一般自動操控之拍照機械臂則多由伺服馬達(servomotor)帶動拍照機械臂而未透過蝸桿(worm)及蝸輪(worm gear)來帶動拍照機械臂。

無論是手動或自動操控拍照機械臂，一般的拍照機械臂無電源訊號轉接盒、無法調整拍攝半徑以及無法調整拍照機械臂迴轉中心高度。

一般相機電源轉換器(power adapter)之線長都不夠長，無法由相機直接延伸到電源插座，如未在拍照機械臂或相機固定座(camera fixing compartment)上設置電源及訊號轉接盒，則電腦無法透過電源線及USB(universal serial bus)訊號線控制拍照機械臂上之相機，否則產生接觸不良及不美觀等問題。

隨著被攝物的大小，須調整拍照半徑已取得較佳的拍攝效果，一般的拍照設備是固定在一固定的圓弧軌道上，無法調整拍照半徑。更換被攝物時即需要更換圓弧軌道，極不方便。

如未設置調整拍照機械臂迴轉中心高度之機構，一旦搭配轉盤進行3D立體拍照時，轉盤盤面高度與拍照機械臂迴轉中心可能不在同一水平面上導致所拍出的3D立體影像將產生偏移(shifting)。

依據本發明的觀點，一種拍照機械臂利用手輪的旋轉握柄迴轉手輪，經由機箱內之直齒斜齒輪、蝸桿以及蝸輪帶動垂直臂及水平臂擺動，使得設置於水平臂上之相機沿一圓弧路徑至不同角度對被攝物拍照。

依據本發明的觀點，一種拍照機械臂的機械臂或相機固定座上設置電源訊號轉接盒，使得電腦能夠透過電源訊號轉接盒提供相機所需電力及進行控制拍照。

依據本發明的觀點，一種拍照機械臂包含拍照機械臂迴轉中心高度之調整機構。

依據本發明的觀點，一種拍照機械臂包含水平臂與垂直臂，利用滑塊連接水平臂及垂直臂，滑塊可在垂直臂上滑動而可調整拍照半徑。

依據本發明的一實施例，拍照機械臂包含多支垂直臂，如具有左及右垂直臂使拍照機械臂更為堅固。

依據本發明的一實施例，拍照機械臂包含前搖動板及後搖動板，且前搖板連接於垂直臂上，用以平衡迴轉操控產生的動量，使得迴轉機構不易磨損。

依據本發明的一實施例，拍照機械臂大量採用固定把手，以易於快速拆裝、組裝及長度或迴轉調整。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

為使 貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的 認知與了解，茲配合圖式詳細解說如後。

圖1所示為依據本發明一實施例之拍照機械臂之正視圖(front view)，說明構成本發明之主要架構。轉動(spin)手輪1(handwheel)驅動傳動機構以帶動垂直臂及水平臂擺動，通常在手輪1設置握柄(revolving grip)2便於使用者操作。

例如本實施例中，轉動手輪1驅動直齒斜齒輪3(straight bevel gear)、直齒斜齒輪4、蝸桿(worm)5、蝸輪(worm gear)6以及同步軸(synchronizing shaft)8與出力軸(driving shaft)7(詳圖4)，出力軸7鎖固於垂直臂(vertical arm)11、12之一端，相對於出力軸7，在垂直臂(vertical arm)11、12之另一側鎖固水平臂(horizontal arm)17，藉由出力軸7帶動垂直臂11、12與水平臂17沿著圓弧路徑進行0-90度的擺動。相機固定座36位於水平臂17一端用以攜帶相機，因此可隨著水平的擺動能夠沿圓弧路徑，對被攝物(photographed object)進行不同角度的拍攝，如圖1標示0°表示水平拍照位置(水平側拍的位置)以及90°表示垂直拍照位置(由上向下的拍照位置)。其中，驅動傳動機構之直齒斜齒輪僅用於改變垂直臂與水平臂之擺動方向，故可忽略不用。本實施例的垂直臂11、12與水平臂17可採用多支或單支並無特殊限制(詳圖9)。

根據本發明之一實施例，出力軸7與同步軸8上可選擇裝置前搖動板9(front swing plate)及後搖動板10(rear swing plate)，前搖動板9及後搖動板10以連接桿(connecting rod)22相連接，垂直臂11、12再連接於前搖動板9上。前搖動板9及後搖動板10用以平衡迴轉操控產生的動量(movement)，使得迴轉機構不易磨損。若磨損問題不大時，可省略同步軸8及後搖動板10，僅由出力軸7以及前搖動板9，甚至僅直接由出力軸7帶動垂直臂11、12。

前搖動板9上設有下束緊座(lower arm clamp)13及上束緊座(upper arm clamp)14用以鎖固左右垂直臂11、12的上方及下方，束緊座13、14可為單數個或複數個。通常採用固定把手(clamp lever)15、16鎖固左右垂直臂11、12，易於使用者裝卸。

水平臂17可採用滑塊(sliding block)或固定塊(fixing block)與垂直臂連接。於一實施例中，水平臂17以滑塊19連接於左右垂直臂11、12，其利用固定把手18及固定塊58鎖在滑塊19上，並且滑塊19可在左右垂直臂11、12上作上下滑動以改變拍照半徑。於另一實施例中，水平臂17可直接透過固定塊58固定在垂直臂上，拍照半徑隨水平臂17固設在垂直臂上而固定。

如前所述，左右垂直臂11、12與水平臂17可沿著圓弧路徑進行0-90度的擺動而可能脫落，本發明在左右垂直臂11、12之末端加裝止脫固定板(ending plate)20並以固定把手21鎖定，可防止水平臂17脫落。

本發明之拍照機械臂之傳動機構均設置於機箱23內，其並附有上蓋板(top plate)24及底蓋板(bottom plate)25，整個機箱坐落固定在底盤(chassis)26上。機箱23的角落設有固定架(fixing frame)27用以固定調整腳(adjuster)28及腳輪(caster)29，以便於移動。同時，為確保整個拍照機械臂之重心穩固，並設有延伸腳管(extended pipe)30及調整腳31，且以腳管固定架(pipe holder)35及支撐軸(support shaft)32穿過華斯(washer)33並以固定把手34加以固定。

在水平臂17的另一端設有相機固定座36，用以承載相機48。相機固定座36包含固定板(fixing plate)37、38以束環(collar)43、44連接並以固定把手45鎖固。相機固定座36並利用束環(collar)39與固定把手40固定於水平臂17上，可控制相機固定座36在水平臂17上的轉動，而固定把手42穿過華斯41鎖固相機固定座36，其可控制相機固定座36在固定板37上之滑動。

雲台(camera fixing unit)47透過轉接頭(adapter)46固定在固定板38上而能將相機48及其鏡頭(lens)49鎖在雲台47上。固定板38上設有支撐肋51及52以固定相機固定座36底部之拖盤(holding tray)50，避免在90°拍攝角度(由上向下的拍攝角度)的位置時相機掉落損毀。

可選擇在水平臂17、左右垂直臂11、12或相機固定座36上設置電源訊號轉接盒53，以提供相機48之電源及傳輸影像訊號或控制指令，如本實施例之USB訊號傳輸協定。因電源訊號轉接盒53的配置，大大縮短相機電源線長度的需求並提升了拍照機械臂的便利性及美觀等問題。

在機箱23可裝設指針(pointer)55並在後搖動板10上設置刻度盤(scale)54，當機械臂擺動時，刻度盤54亦隨之轉動，因此指針55可指示出擺動角度，即拍照機械臂之傾斜角度。

機箱的頂部設置升降手輪56連接驅動升降機構(詳圖2、圖4及圖5)，旋轉升降手輪56以驅動升降機構以升降整個拍照機械臂，而能夠調整出力軸7之迴轉中心之高度，可在升降手輪56上設置旋轉握柄57利於使用者操作。或者，採用馬達(motor)129取代手輪56及旋轉握柄57以直接驅動升降機構升降整個拍照機械臂並調整出力軸7之迴轉中心之高度。因此，可輕易的調整拍照中心的高度，使得圓弧路徑的中心與放置被攝物的平面可趨一致，避免照片的偏移(shifting)。

圖2所示為依據本發明一實施例之拍照機械臂之上視圖(top view)。時規皮帶輪(timing pulley)60、62分別鎖固在螺桿(slide screw)59、61上，並以時規皮帶(time belt)63套設在時規皮帶輪60、62以同步轉動時規皮帶輪60、62。

法蘭惰輪(flange idler)64可前後移動，用以調整時規皮帶63之鬆緊度(詳見圖4、5)。

升降手輪56/馬達129與螺桿(slide screw)59固接，而螺桿59、61穿設在固定拍照機械臂之滑板組的上滑板(top sliding plate)73及下滑板(bottom sliding plate)74上。上滑板73及下滑板74上之四個角落設置滾珠導桿(ball spline)66、68及70、72以協助上滑板73及下滑板74能平行及穩定地同時上下移動。

旋轉手輪56上之旋轉把柄57或者使用馬達129旋轉螺桿59，進而帶動螺桿59上之時規皮帶輪(time pulley)60，再經由時規皮帶(time belt)63帶動裝在螺桿61上之時規皮帶輪62以同步轉動螺桿61，而能夠控制上滑板73及下滑板74的升降，因而可調整整個拍照機械臂迴轉中心之高度。

圖3所示本發明一實施例之拍照機械臂之左側視圖(left side view)，旋轉位於手輪1上之旋轉握柄2，即能擺動整個拍照機械臂，藉由貼在後搖動板10上之刻度盤54，指針(pointer)55可指示拍照機械臂之傾斜角度。

圖4所示為依據本發明一實施例之詳細拍照機械臂之上視透視圖。藉由旋轉位於手輪1之握柄2，經由直齒斜齒輪3帶動直齒斜齒輪4轉動，進而帶動蝸桿5轉動，再帶動蝸輪6迴轉，再經由出力軸7帶動前搖動板9，使得整個拍照機械臂能進行迴轉擺動。同時，以定位塊(stopper)93、螺絲94及定位塊95、螺絲96來限制前搖動板9的擺動範圍，相對應的，亦可選擇的設置定位塊97、螺絲98及定位塊99、螺絲100來限制後搖動板10的擺動範圍。

接著說明法蘭惰輪64調整時規皮帶63之技術手段。螺絲101穿過固定塊87，可鎖緊或放鬆螺絲101即能推動滑塊86前進或後退，進而帶動固定在滑塊86下方的法蘭惰輪64，如此即能調整時規皮帶63的鬆緊度。滑塊86上挖有長條孔(slot)102、103，並以螺絲104、105來固定法蘭惰輪64之位置。

圖5所示為依據本發明一實施例之詳細拍照機械臂之正視圖。螺桿螺帽組的螺桿61之上下兩端則以連座滾珠軸承(ball bearing unit)89、88固定於上蓋板24及下蓋板25，下蓋板25的螺桿61穿設處設置止推軸承92用以避免滑板組過低，並穿設固定下滑板74上的螺桿螺帽組的螺帽(nut)91上(螺桿59鎖固方式亦同，不再贅述)。

上滑板73及下滑板74的四個角落分別固定四個線性襯套(linear bushing)65、67、69、71及75、76、77、78，滾珠導桿(ball spline)66、68、70及72穿過四個角落之上下線性襯套65、67、69、71及75、76、77、78。同時，滾珠導桿68、72之上下兩端也都以導桿架(holder for shaft)84、82、85、83固定在上蓋板24及下蓋板25(滾珠導桿66、70固定方式亦同，不再贅述)，以協助上滑板73及下滑板74能平行及穩定地同時上下移動。當螺桿61、59由時規皮帶63帶動轉動時，就能同時帶動上滑板73及下滑板74平穩的上下移動。

由正視圖可更清楚看到，法蘭惰輪64調節時規皮帶63鬆緊度的方法，其中法蘭惰輪64是固定在滑塊86下方，穿過固定塊87的螺絲101。當鎖緊螺絲101時，帶動滑塊86及法蘭惰輪64前進，時規皮帶63被鎖緊；而當放鬆螺絲101時，帶動滑塊86及法蘭惰輪64後退，時規皮帶63被放鬆。

於另一實施例中，僅採用單一螺桿螺帽組，其利用單一的螺桿59、螺帽91及單一的時規皮帶輪60帶動滑板組的上滑板73及下滑板74的升降，無需另一螺桿螺帽組，即螺桿61、時規皮帶輪62、時規皮帶63及法蘭惰輪64等裝置，甚至省略線性襯套及滾珠導桿之設置；或者僅於對角設置線性襯套及滾珠螺桿組即可。

圖6、圖7及圖8所示分別為依據本發明一實施例之電源訊號轉接盒53之正視圖、上視圖及側視圖。電源訊號轉接盒53可設置於水平臂、左垂直臂、右垂直臂或相機固定座36上，本實施例以設置於水平臂17以利說明，而非限制本發明。

請參考圖6，電源及訊號轉接盒53是利用固定片(fixing part)108、109及盒身(body)106內面底部之固定螺絲115、116、117、118固定在水平臂17上。盒上蓋(top cover)107則由帽螺絲(cap screw)119、120、121、122固定在盒身106上。入線口(cable entrance)110及出 線口(cable exit)111旁設置把手(pull)123及124供電源線及訊號線進出時固定用。其中，入線口110及出線口111可為單數或複數。

請參考圖7，電源及訊號轉接盒53的盒內設有分隔板(isolating plate)112，其上附有至少一萬用電源插座(receptacle)113及至少一USB插座(USB port)114，以供應相機48之電源及傳輸USB訊號(包含影像訊號以及拍攝控制指令)。固定塊126用以固定USB插座114。

請參考圖8，電源及訊號轉接盒53利用固定塊126及127分別固定USB插座114及萬用電源插座113。固定螺絲(fixing screw)128穿透固定片108、109鎖入水平臂17之底部，以免電源及訊號轉接盒53在水平臂17上產生滑動或轉動。

一般的拍照機械臂無電源訊號轉接盒的設置，無法供應相機電源，或者因為電源須由外部拉到拍照機械臂上，拍照機械臂旋轉時極不方便且影響美觀，本發明可選擇在拍照機械臂的垂直臂、水平臂或相機固定座上配置電源及訊號轉接盒，不會影響拍照機械臂的旋轉且不影響美觀，更能在較短的距離內提供相機所需之電源，極為方便。

依據本發明之觀點，拍照機械臂的水平臂之末端可為單一或多分支，在每分支上配置相機固定座，一端固定於垂直臂，當垂直臂旋轉而帶動水平臂沿著一圓弧路徑擺動時，固定於相機固定座的相機可在不同角度同時進行拍攝。

如圖9所示為依據本發明一實施例之複數個相機134、135、136透過複數個相機固定座131、132、133裝於水平臂17上的示意圖。水平臂17的末端具有複數個分支，以水平或垂直方式設置，本實施例以三個分支之水平設置為例，並非用以限制分支的數量。水平臂17末端的每一分支設置一相機固定座，因此可設置三個相機固定座131、132、133而可進行多組同步拍攝之功能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1、56．．．手輪

2、57．．．旋轉握柄

3、4．．．直齒斜齒輪

5．．．蝸桿

6．．．蝸輪

7．．．出力軸

8．．．同步軸

9．．．前搖動板

10．．．後搖動板

11．．．左垂直臂

12．．．右垂直臂

13．．．下束緊座

14．．．上束緊座

15、16、18、21、34、40、42、45、79、125、130．．．固定把手

17．．．水平臂

19、86．．．滑塊

20．．．止脫固定板

22．．．連接桿

23．．．機箱

24．．．上蓋板

25．．．底蓋板

26．．．底盤

27．．．固定架

28、31．．．調整腳

29．．．腳輪

30、80．．．延伸腳管

32．．．支撐軸

33、41．．．華司

35．．．腳管固定座

36、131、132、133．．．相機固定座

37、38．．．固定板

39、43、44．．．束環

46．．．轉接頭

47．．．雲台

48、134、135、136．．．相機

49．．．鏡頭

50．．．托盤

51、52．．．支撐肋

53．．．電源及訊號轉接盒

54．．．刻度盤

55．．．指針

58、87、126、127．．．固定塊

59、61．．．螺桿

60、62．．．時規皮帶輪

63．．．時規皮帶

64．．．法蘭惰輪

65、67、69、71、75、76、77、78．．．線性襯套

66、68、70、72．．．滾珠導桿

73．．．上滑板

74．．．下滑板

82、83、84、85．．．導桿架

88、89．．．連座滾珠軸承

91．．．螺帽

92．．．止推軸承

93、95、97、99．．．定位塊

94、96、98、100、101、104、105．．．螺絲

102、103．．．長條孔

106．．．盒身

107．．．轉接盒上蓋

108、109．．．固定片

110．．．入線口

111．．．出線口

112．．．分隔板

113．．．萬用電源插座

114．．．USB插座

115、116、117、118、128．．．固定螺絲

119、120、121、122．．．帽螺絲

123、124．．．把手

129．．．馬達

圖1所示為依據本發明一實施例之拍照機械臂之正視圖。

圖2所示為依據本發明一實施例之拍照機械臂之上視圖。

圖3所示為依據本發明一實施例之拍照機械臂之左側視圖。

圖4所示為依據本發明一實施例之詳細拍照機械臂之上視圖。

圖5所示為依據本發明一實施例之詳細拍照機械臂之正視圖。

圖6所示為依據本發明一實施例之電源及訊號轉接盒之正視圖。

圖7所示為依據本發明一實施例之電源及訊號轉接盒之上視圖。

圖8所示為依據本發明一實施例之電源及訊號轉接盒之側視圖。

圖9所示為依據本發明一實施例之複數個相機透過複數個相機固定座組裝於水平臂上的示意圖。

1、56．．．手輪

2、57．．．旋轉握柄

4．．．直齒斜齒輪

5．．．蝸桿

6．．．蝸輪

7．．．出力軸

8．．．同步軸

9．．．前搖動板

10．．．後搖動板

11．．．左垂直臂

12．．．右垂直臂

13．．．下束緊座

14．．．上束緊座

15、16、18、21、34、40、42、45．．．固定把手

17．．．水平臂

19．．．滑塊

20．．．止脫固定板

22．．．連接桿

23．．．機箱

24．．．上蓋板

25．．．底蓋板

26．．．底盤

27．．．固定架

28、31．．．調整腳

29．．．腳輪

30．．．延伸腳管

32．．．支撐軸

33、41．．．華司

35．．．腳管固定座

36．．．相機固定座

37、38．．．固定板

39、43、44．．．束環

46．．．轉接頭

47．．．雲台

48．．．相機

49．．．鏡頭

50．．．托盤

51、52．．．支撐肋

53．．．電源及訊號轉接盒

54．．．刻度盤

55．．．指針

58．．．固定塊

129．．．馬達

Claims (11)

1. 一種拍照機械臂，包括：一垂直臂；一水平臂連接該垂直臂之一側，該水平臂末端具有至少一分支，任一該分支連接一相機固定座；一出力軸鎖固於該垂直臂之另一側；一搖動板連接於該出力軸，其中該垂直臂是透過單數或複數個束緊座固定在該搖動板上一蝸桿蝸輪組，其中該蝸桿蝸輪組連接該出力軸；以及一迴轉手輪，其中該迴轉手輪連接該蝸桿蝸輪組，用以驅動該蝸桿蝸輪組，經由該出力軸帶動該垂直臂及該水平臂進行擺動。
2. 如申請專利範圍第1項所述的拍照機械臂，其中該垂直臂及該水平臂均可由單支或複數支所構成。
3. 如申請專利範圍第1項所述的拍照機械臂，更包含一滑塊，其中該滑塊是可沿該垂直臂上下移動的，且該水平臂是透過該滑塊連接該垂直臂上，用以調整拍攝半徑。
4. 如申請專利範圍第1項所述的拍照機械臂，更包含一固定塊，其中該固定塊固定在該垂直臂，且該水平臂是透過該固定塊連接該垂直臂上。
5. 如申請專利範圍第1項所述的拍照機械臂，其中該搖動板包含一前搖動板、一後搖動板及一連接桿，該連接桿相連接該前搖動板與該後搖動板。
6. 如申請專利範圍第5項所述的拍照機械臂，更包含一刻度盤，其中該刻度盤設置於該後搖動板上。
7. 如申請專利範圍第1項所述的拍照機械臂，其中該相機固定座包括： 一固定板；一雲台組透過一轉接頭固定在該固定板上；以及數個束環用以將該固定板固定於該水平臂上並提供該相機固定座轉動之功能。
8. 如申請專利範圍第7項所述的拍照機械臂，更包含一托盤，其中該托盤利用該固定板上的複數個支撐肋固定於該固定板之底部以預防相機掉落。
9. 一種拍照機械臂，包括：一垂直臂；一水平臂之一側，該水平臂之另一端具有至少一分支，任一該分支連接一相機固定座；一出力軸鎖固於該垂直臂之另一側，藉由該出力軸帶動該垂直臂及該水平臂進行擺動；一滑板組承載該出力軸，其中該滑板組包含一上滑板及一下滑板，該出力軸設置於該上滑板及該下滑板之間；一螺桿螺帽組，穿透套設該滑板組上，用以帶動該垂直臂、該水平臂與該相機固定座作升降動作；以及一升降手輪或一馬達，用以轉動該螺桿螺帽組帶動該滑板組作升降動作。
10. 如申請專利範圍第9項所述的拍照機械臂，其中該螺桿螺帽組包含一前螺桿螺帽組與一後螺桿螺帽組，該前螺桿螺帽組之螺桿與該後螺桿螺帽組之螺桿之一端各自套入一時規皮帶輪並以一時規皮帶相連結作同步轉動，以帶動該滑板組、該垂直臂、該水平臂與該相機固定座作升降動作。
11. 如申請專利範圍第9項所述的拍照機械臂，更包含複數個線性襯套及滾珠導桿組，其中該些線性襯套及滾珠導桿組穿透設置於該滑板組上，以利該滑板組能平穩地升降，使得該滑板組、該垂直臂、該水平 臂與該相機固定座能平滑地升降。