DE3530292A1 - Befestigungsvorrichtung fuer fernsehkameras - Google Patents

Befestigungsvorrichtung fuer fernsehkameras

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Description

Befestigungsvorrichtung für Fernsehkameras
Die Erfindung bezieht sich auf Befestigungsvorrichtungen für Fernsehkameras und dergl., und insbes. auf solche Befestigungsvorrichtungen, wie sie in Fernsehstudios verwendet werden.
Befestigungsvorrichtungen für Fernsehkameras, z.B. abgeglichene Säulenfüße, wie sie in Fernsehstudios verwendet werden, erfüllen die meisten an sie gestellten Anforderungen, z.B. einen sanften Übergang einer Kamera in der vertikalen Richtung, und wenn die Säulenfüße normalerweise fahrbar ausgebildet und auf einem ebenen Boden eingesetzt werden, erfassen sie auch einen weichen Übergang in der horizontalen Ebene. Manche dieser Säulenfüße sind auch im Azimuth drehbar ausgebildet und es kann eine beliebige dieser drei Bewegungen unabhängig von den beiden anderen angewendet werden. Wenn jedoch beispielsweise ein nach oben oder unten geneigter Übergang erforderlich ist, und dies ist manchmal der Fall, ist dies problematisch, da der Bedienende die sich ändernden vertikalen und horizontalen Koordinaten in Betracht ziehen muß, die die Bewegungslinie ergeben, und da er versuchen muß, die Höhe des Säulenfusses, die eine minimale Kraft zur Überwindung der Trägheit erforderlich macht, zur gleichen Zeit zu ändern wie der Säulenfuß in einer geraden Linie über den Boden bewegt wird, wobei aufgrund des Gewichtsunterschiedes allein eine verhältnismäßig hohe Kraft erforderlich ist, um die Trägheit zu überwinden. Der resultierende wellenförmige Übergang, der vorzugsweise eine gerade Linie sein soll, ist üblicherweise nicht zufriedenstellend.
Dieses Problem ist durch den erheblichen Unterschied in den erforderlichen vertikalen und horizontalen Kräften bedingt und könnte entscheidend reduziert werden, wenn die Kräfte ausbalanciert wären und nur eine geringe Führungskraft erforderlich wäre.
Das gleiche Problem tritt auf, wenn Säulenfüße bei manchen anderen Arbeitsvorgängen verwendet werden, z.B., wenn eine Kamera in einer bestimmten Ebene bewegt werden muß. Die horizontale Ebene wird dadurch beherrscht, daß der abgeglichene Säulenfuß über den Boden auf Rädern bewegt wird, bei der Beherrschung der vertikalen Ebene treten jedoch die gleichen Probleme auf wie für den im Winkel geneigten Übergang. Es ist stets schwierig, die sich ändernden vertikalen und horizontalen Koordinaten von Hand zu beherrschen und auf einen weichen Übergang zu hoffen.
Abgeglichene Arme, die ebenfalls verwendet werden, folgen nicht einer echten Vertikalen, wie dies der Säulenfuß tut. Bei vielen Anwendungsfälle ist ein Arm besser für die gestellte Aufgabe geeignet als ein Säulenfuß, weil er vielseitiger einsetzbar ist; bisher hat jedoch das Fehlen einer echten vertikalen Führung Probleme bereitet.
Es ist auch erwünscht, daß der volle Gegenabgleich der aus Kamera und Arm bestehenden Masse dauernd bei einer Aufwärts- und horizontalen Bewegung oder Kombinationen hiervon aufrechterhalten wird, so daß nur eine minimale Kraft erforderlich ist, um eine Bewegung in einer beliebigen Richtung innerhalb des Arbeitsbereiches des Armes auszuführen und trotzdem die volle Stabilität und Steifigkeit zu jedem Zeitpunkt sowohl während der Positionsänderung als auch bei der geänderten Position aufrecht zu erhalten.
Es ist ferner erwünscht, die Bewegung auf begrenzte Ebenen oder Richtungen zusätzlich zu der vorerwähnten vertikalen Führung zu beschränken, wenn und soweit es erforderlich ist, so daß ein Bedienender sich nicht auf die Führung konzentrie ren muß, sondern nur die für die Bewegung erforderliche geringe Kraft aufbringen muß.
Weiterhin ist es erwünscht, daß der abgeglichene Arm auf einfache Weise fernbedienbar ist, z.B. durch kleine Elektromotoren oder dergl., und daß die Armbewegung über ferngesteuerte Signalleitungen gesteuert wird.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen voll abgeglichenen Arm zu schaffen, bei dem die gewünschten Eigenschaften beibehalten und die zusätzlichen erwünschten Eigenschaften erzielt werden, wodurch die vorstehend angesprochenen Probleme überwunden werden können.
Gemäß der Erfindung ist ein abgeglichener Arm für die Aufnahme von Fernsehkameras oder dergl. gekennzeichnet durch eine bewegliche Basis, eine auf dieser Basis drehbar befestigte Plattform, eine erste, quer verschiebbare Befestigung auf der drehbaren Plattform mit einer vertikalen Steuervorrichtung, die auf einem Steuerschwenkzapfen eines Pantographen betätigbar ist, dessen Gelenkarm schwenkbar auf dem drehbaren Tisch angeordnet ist, eine die Last aufnehmende Plattform, die schwenkbar am Ende des Pantographen-Proportionalarmes angeordnet ist, Gelenkverbindungen, die ein erstes Parallelogramm am Proportionalarm ergeben, wobei eine Gelenkverbindung auf der die Last aufnehmenden Plattform ausgebildet ist, sowie ein zweites Parallelogramm auf dem Gelenkarm ergeben, wobei eine Gelenkverbindung aus einem Teil der drehbaren Plattform gebildet ist und die beiden Parallelogramme eine gemeinsame Gelenkverbindung haben, eine Armmassengegenabgleichvorrichtung, die schwenkbar auf einer zweiten, quer verschiebbaren Befestigung auf der drehbaren Plattform befestigt ist und deren Gelenkpunkt schwenkbar mit einer kurzen Gelenkverbindung des Pantographen verbunden ist, eine Lastgegenabglexchvorrichtung, die an der vertikalen Steuervorrichtung betätigbar ist, und eine Führungsvorrichtung für die ersten und zweiten, quer verschiebbaren Befestigungen, wobei die die Last aufnehmende Plattform mit Last die
vertikale Stellung beibehält und bei vollem Gegenabgleich in einer beliebigen Ebene innerhalb der Betriebsgrenzen quer verschiebbar ist.
. Ό'
Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Befestigungsvorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 ein mathematisches Diagramm zur Darstellung des Massenabgleiches der Vorrichtung, und
Fig. 3 ein mathematisches Diagramm zur Darstellung des Lastabgleiches der Vorrichtung.
Nach Fig. 1 ist eine Basis 1 vorzugsweise dreieckförmiger Gestalt auf Rädern 2 verfahrbar angeordnet, so daß die Basis auf ihren drei Rädern nach Art eines Dreirades verfahren werden kann. Ein Abschnitt 3, der Teil der Basis sein kann oder mit der Basis verbunden ist, nimmt eine gelagerte Welle 4, vorzugsweise mit großem Durchmesser, auf. Auf der Welle 4 ist eine drehbare Plattform 5 angeordnet, die (nicht dargestellte) Führungen besitzt, in denen Räder, Rollen oder dergl. 6 zur gesteuerten Bewegung der quer verschiebbaren Befestigungen 7 und 8 laufen. Eine starre Befestigung, vorzugsweise Teil der Plattform 5, ergibt ein festes Gelenk zur schwenkbaren Befestigung der Drehstelle 21 des Dreharmes 10 eines Pantographen, der zusätzlich Gelenke 11 und 12 sowie einen Proportionalarm 13 aufweist, welcher an vier Schwenkstellen 14, 15, 16 und 17 so befestigt ist, daß die Bewegung der Schwenkstelle 14 in Verbindung mit der Drehung der Plattform 5 die Position des Proportionalarmes 13 und damit die Position einer lasttragenden Plattform 18 festlegt, welche schwenkbar am freien Ende 19 des Proportionalarmes 13 angeordnet ist. Zwei Parallelogramme von Gelenken, die aus dem festen Gelenk 9, dem Dreharm 10, der Gelenkverbindung 20, dem gemeinsamen Gelenk 22, der Gelenkverbindung 23, die schwenkbar an der lasttragenden Plattform an der Schwenkstelle 24 angeordnet ist und ein kurzes Gelenk in Verbindung mit den Schwenkstellen 16, 19, 21, 24, 25, 26 und 27 der beiden Parallelogramme bildet, stellen sicher, daß die lasttragende Plattform und eine darauf befindliche Last ihre vertikale Position unabhängig von der Position des Pantogra-
phen beibehalten. Die Schwenkstelle 21, der Drehpunkt, stellt einen festen Reaktionspunkt dar, der die gewünschte bauliche Integrität der Arme 10 und 13 mit der drehbaren Plattform gewährleistet.
Eine vertikale Steuervorrichtung, im Falle des Ausführungsbeispieles vertikale Schlitze, die in eine quer bewegliche Befestigung 7 zur Aufnahme von verlängerten Enden der Schwenkstelle 14 eingefräst sind, ergibt eine vertikale Bewegung der Schwenkstelle 14, die durch einen Druckkolben 2 kleinen Durchmessers beaufschlagt wird, der über einen Gasdruck im Zylinder 29 gesteuert wird. Der Zylinder 29 ist auf der quer verschiebbaren Befestigung 7 angeordnet und wird aus einem Vorratsbehälter 30 über die Leitung 31 gespeist. Der Druck auf den Druckkolben 28, der weitgehend konstant ist, ist so gewählt, daß die Last auf der Plattform 18 in allen Positionen des Armes abgeglichen ist. Eine Schiene 32, die an einer Stelle 3 3 schwenkbar auf der quer verschiebbaren Befestigung 8 gelagert ist, ist an der Schwenkstelle 34 am Gelenk 11 des Pantographen schwenkbar befestigt, und ein Gewicht 3 6 am entgegengesetzten Ende der Schiene 32 ist so groß ausgelegt, daß die kombinierte Masse des Pantographen und der Parallelogramm-Gelenke (mit Ausnahme des Gelenkes 9) abgeglichen ist, wenn die lasttragende Plattform 18 als kombinierte Masse um die Schwenkstellen 9, 14 und 21 verschwenkt wird. Ein Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß die Verwendung von unterschiedlichen Längen des Proportionalarmes 13 und des Dreharmes 10 bei voller Beibehaltung des Gegenabgleiches möglich ist.
Wenn beispielsweise die Last eine Fernsehkamera ist, ist es üblich, die Kamera auf einem Schwenk-Kipp-Kopf oder dergl. zu befestigen, um eine zusätzliche Steuerung zu erzielen. Das zusätzliche Gewicht des Schwenk-Kipp-Kopfes kann als zusätzliche Last angesehen und durch Erhöhung des Druckes im Zylinder 2 9 abgeglichen werden.
Λ-
Eine Verriegelungsvorrichtung (nicht dargestellt), die von bekannter Ausführung sein kann, z.B. Zylinderbremsen oder Reibklemmen, kann an der Schwenkstelle 14 zur Verriegelung der Schwenkstelle 14 in der vertikalen Ebene auf der quer verschiebbaren Befestigung 7 an Rädern oder Rollen 6 zur Verriegelung der quer verschiebbaren Befestigung 7 in der horizontalen Ebene auf einer drehbaren Plattform 5, und in der gelagerten Welle 4 zur Verriegelung der drehbaren Plattform im Azimuth eingelegt oder freigegeben werden. Die folgende Tabelle zeigt den Einfluß des Verriegeins und Entriegeins der vorerwähnten Verriegelungsvorrichtung entweder einzeln oder in Kombination.
Vertikal Horizontal Azimuth Einfluß auf die lasttragende
Plattform
verrieg. verriegelt verrieg. verriegelt in ausgewählter
Position
verrieg. verriegelt entrieg. Umfangskreisbewegung auf
horizontaler Ebene
verrieg. entriegelt verrieg. Bewegung in horizontaler Linie
entrieg. verriegelt verrieg. Bewegung in vertikaler Linie
verrieg. entriegelt entrieg. Bewegung auf horizontaler
Ebene
entrieg. entriegelt verrieg. Bewegung auf vertikaler Ebene
entrieg. verriegelt entrieg. Bewegung auf einer zylindri
schen Ebene
entrieg. entriegelt entrieg. vollständige Bewegungsfrei
heit.
Die von Hand vorgenommene Positionssteuerung der lasttragenden Plattform wird vorzugsweise direkt an der lasttragenden Plattform ausgeführt; eine Fernpositionssteuerung der lasttragenden Plattform wird vorzugsweise an der Steuerschwenkstelle des Pantographen durchgeführt und kann, wenn der abgeglichene Arm vollständig abgeglichen ist, durch drei kleine Elektromotoren oder dergl. gesteuert werden, und zwar einer für die Vertikale, einer für die Horizontale und einer
im Azimuth; eine Fernsteuerung"erfolgt über Signalleitungen. Die Steuerung nach dieser Methode hat den zusätzlichen Vorteil, daß die Bewegung der Last proportional zu der Verschiebung des Steuerpunktes, die durch die Motoren eingeführt wird, erfolgt.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann der Massenabgleich des Armes durch Gewichte auf einfache Weise durch eine pneumatische oder hydraulische Anordnung ersetzt werden, ähnlich der zum Abgleich der Last, oder aber der Abgleich kann durch eine Federanordnung erfolgen, wie dies in der GB-Anmeldung Nr. 8122509 beschrieben ist.
Die folgenden Berechnungen in Verbindung mit den Figuren 2 und 3 zeigen den mathematischen Nachweis für den Abgleich des Armes und der Last.
Die Masse eines jeden Elementes der Vorrichtung ist mit M im Massenmittelpunkt dargestellt.
Abgleich der Bestandteile des Mechanismus
M1 = Masse der Gelenkverbindungen 10, 20 und 22 M2 = Masse der Gelenkverbindung 11 M3 = Masse der Gelenkverbindung 12 M4 = Masse der Gelenkverbindungen 13 und 23 M5 = Masse der Lastplattform
F = konstante vertikale Kraft.
Bei einer Bewegung von O1 = 62 = 0° beträgt der Verlust an potentieller Energie der Gelenkverbindungen:
Δ P.E.= M1 I1 (1 - COSG1) + M2 U1 (1 - COSQ1) +
+ I2 (1 - Cos62)) + M3 Ur1 + I3)(I -
+ r2 (1 - Cos62)) +M4 (L1 (1 -CoSB1)) +
+ I4 (1 - Cos62)) +M5 (L1 (1 + L2 (1 - Cos82))
----·■■ · · ■■ -Vi-
.-.Δ P.E.= (1 - CoSe1) (M1 I1 + U2T\ + M3 (^ + I3) + +(M4 + M5) L1) + (1-Cos92) (M2 I2 + M3 r2 + + M4 I4 + M5 L2)
Die entsprechende, von der Kraft verrichtete Arbeit beträgt:
Δ wF = F Cr1 (1 - CoSe1) = χ (1 - CoSB2)) Somit bleibt die Vorrichtung im Gleichgewicht, wenn gilt:
Fr1 = M1 I1 +M2 rx +M3 Cr1 + I3) + (M4 +M5) L1 und Fx = M2 I2 + M3 r2 + M4 I4 + M5 L2
Abgleich der variablen Kamerabelastung
Mg = Masse der Kamera und Befestigung P = konstante vertikale Kraft
Verlust an Potentialenergie von M5 beträgt:
Δ P.E. = M6 (L1(I - COsG1) +L2 (1 - Cos92)) Die von der Kraft P verrichtete Arbeit beträgt:
A Wp = P U1 (1 - CoSe1) + r2 (1 - Cose2) Damit bleibt die Last im Gleichgewicht, wenn gilt: Pr1 = Mg L1 und Pr2 = Mg L2
Da in beiden Gleichgewichtsfällen P = Mg ist, können Änderungen von Mg durch Änderungen von P aufgenommen werden, um die Bedingungen für den Gleichgewichtszustand aufrechtzuerhalten.

Claims (4)

  1. Patentansprüche:
    , Befestigungsvorrichtung mit abgeglichenem Arm für Fernsehkameras oder dergl., gekennzeichnet durch eine bewegliche Basis (1),
    eine auf dieser Basis (1) befestigte drehbare Plattform (5),
    eine querverschiebbare Befestigung (7) auf der drehbaren Plattform (5) mit einer vertikalen Steuervorrichtung (7, 14, 28), die auf einem Steuerschwenkzapfen (14) eines Pantographen (10, 11, 12, 13) betätigbar ist, dessen Dreharm (10) schwenkbar auf dem drehbaren Tisch (5) angeordnet ist,
    eine lastaufnehmende Plattform (18), die schwenkbar am Ende des Pantograph-Proportionalarmes (13) angeordnet ist,
    Gelenkverbindungen (18, 22, 23), die ein erstes Parallelogramm am Proportionalarm (13) ergeben, wobei eine Gelenkstelle auf der die Last aufnehmenden Plattform (18) ausgebildet ist, und die ein zweites Parallelogramm (9, 10, 20, 22) auf dem Gelenkarm (10) ergeben, wobei eine Gelenkstelle (9) aus einem Teil der drehbaren Plattform (5) gebildet ist, und die beiden Parallelogramme eine gemeinsame Gelenkstelle (22) haben, eine Armmassengegenabgleichvorrichtung (32, 36), die schwenkbar auf einer zweiten, quer verschiebbaren Befestigung (8) auf der drehbaren Plattform (5) befestigt ist und deren Drehpunkt schwenkbar mit einer kurzen Gelenkverbindung (11) des Pantographen verbunden ist, eine Lastgegenabgleichvorrichtung (28, 29, 30, 31), die an der vertikalen Steuervorrichtung (7, 14, 28) betätigbar ist, und
    eine Führungsvorrichtung für die ersten und zweiten querverschiebbaren Befestigungen (7, 8), wobei die lastaufnehmende Plattform mit Last (18) die vertikale Stellung beibehält und bei vollem Gegenabgleich in einer beliebigen Ebene innerhalb der Betriebsgrenzen querverschiebbar ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verriegelungsvorrichtung in die erste quer verschiebbare Befestigung (7) eingebaut ist, um die vertikale Steuervorrichtung (7, 14, 28) zu verriegeln.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung in die erste quer verschiebbare Befestigung (7) so einsetzbar ist, daß die erste que bare Befestigung (7) so einsetzbar ist, daß die erste quer verschiebbare Befestigung in der horizontalen Ebene verriegelt ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastgegenabgleichvorrichtung (28, 29, 30, 31) einen Druckkolben (28) kleinen Durchmessers aufweist, der von einem Gasdruck aus einem verhältnismäßig großen Behälter (30) gesteuert ist, um einen konstanten Druck zu erzielen.
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