DE3530292C2

DE3530292C2 -

Info

Publication number: DE3530292C2
Application number: DE3530292A
Authority: DE
Inventors: Richard Arthur Gislingham Eye Suffolk Gb Lindsay
Original assignee: Thales Optronics Bury St Edmunds Ltd
Current assignee: Thales Optronics Bury St Edmunds Ltd
Priority date: 1984-09-01
Filing date: 1985-08-24
Publication date: 1993-08-05
Also published as: NL8502370A; IT8548510A0; IT1181716B; SE455639B; GB2163720B; JPS61123365A; DE3530292A1; AU4658485A; GB2163720A; GB8422154D0; SE8503944L; AU574218B2; US4657220A; SE8503944D0; FR2569925B1; FR2569925A1; JPH0432000B2

Description

Die Erfindung betrifft einen abgeglichenen Arm für Fernsehkameras oder dergl., nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der US 22 24 901 ist eine Befestigungsvorrichtung für vertikal und/oder horizontal bewegliche Aufnahmekameras bekannt, die eine bewegliche Basis, eine auf dieser Basis befestigte drehbare Plattform, eine lastaufnehmende, schwenkbar am Armende angeordnete Plattform sowie eine Armmassenabgleichvorrichtung aufweist. Bei einer derartigen Vorrichtung ist jedoch ein voller Abgleich und eine exakte Steuerung der vertikalen und horizontalen Bewegung der Kamerabefestigungsplattform nicht gewährleistet.

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 Anwendungsfällen 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 konzentrieren 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 wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen abgeglichenen Arm mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit einem derartigen abgeglichenen Arm gemäß der Erfindung wird erreicht, daß die Befestigungsvorrichtung für die Fernsehkamera in jeder beliebigen Kombination der drei Achsen verriegelt und entriegelt werden kann, so daß die Kamerabefestigungsplattform vollständig frei in ihrer Bewegung innerhalb der Betriebsgrenzen ist bzw. auf eine bestimmte geradlinige oder ebene Bewegung beschränkt werden kann. Ferner ist die Vorrichtung einwandfrei abgleichbar, und der Arm kann unter Verwendung von Motoren geringer Leistung ferngesteuert werden.

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 1 auf ihren drei Rädern 2 nach Art eines Dreirades verfahren werden kann. Ein Abschnitt 3, der Teil der Basis 1 sein kann oder mit der Basis 1 verbunden ist, nimmt eine gelagerte Welle 4, im Ausführungsbeispiel 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, hier ein Teil der Plattform 5, ergibt eine feste Gelenkstelle 9 zur schwenkbaren Befestigung der Drehstelle 21 des Dreharmes 10 eines Pantographen, der zusätzlich Gelenkarme 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 Gelenkarmen, die aus der festen Gelenkstelle 9, dem Dreharm 10, der Gelenkverbindung 20, dem gemeinsamen Gelenk 22, der Gelenkverbindung 23, die schwenkbar an der lasttragenden Plattform 18 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 18 und eine darauf befindliche Last ihre vertikale Position unabhängig von der Position des Pantographen beibehalten. Die Schenkstelle 21, der Drehpunkt, stellt einen festen Reaktionspunkt dar, der die gewünschte bauliche Integrität der Arme 10 und 13 mit der drehbaren Plattform 5 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 28 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 33 schwenkbar auf der quer verschiebbaren Befestigung 8 gelagert ist, ist an der Schwenkstelle 34 an der Gelenkverbindung 11 des Pantographen schwenkbar befestigt, und ein Gewicht 36 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 29 abgeglichen werden.

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 Verriegelns und Entriegelns der vorerwähnten Verriegelungsvorrichtung entweder einzeln oder in Kombination.

Die von Hand vorgenommene Positionssteuerung der lasttragenden Plattform 18 wird direkt an der lasttragenden Plattform 18 ausgeführt, eine Fernpositionssteuerung der lasttragenden Plattform 18 wird 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. 81 22 509 beschrieben ist.

Die folgenden Berechnungen in Verbindung mit den Fig. 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 R₁ = R₂ = 0° beträgt der Verlust an potentieller Energie der Gelenkverbindungen:

P.E. = M₁ l₁ (1 - Cos R₁) + M₂ (r₁ (1 - Cos R₁) + l₂ (1 - Cos R₂)) + M₃ ((r₁ + l₃)(1 - Cos R₁) + r₂ (1 - Cos R₂)) + M₄ (L₁ (1 - COs R₁)) + l₄ (1 - Cos R₂)) + M₅ (L₁ (1 - Cos R₁) + L₂ (1 - Cos R₂))
∴ΔP.E.= (1 - cos R₁) M₁ l₁ + M₂r₁ + M₃ (r₁ + l₃) + (M₄ + M₅) L₁) + (1 - Cos R₂) (M₂ l₂ + M₃ r₂ + M₄ l₄ + M₅ L₂)

Die entsprechende, von der Kraft verrichtete Arbeit beträgt:

ΔW_F = F (r₁ (1 - Cos R₁) = x (1 - Cos RΦ₂))

Somit bleibt die Vorrichtung im Gleichgewicht, wenn gilt:

Fr₁ = M₁l₁ = M₂r₁ + M₃ (r₁ + l₃) + (M₄ + M₅) L₁

und

Fx = M₂l₂ + M₃r₂ + M₄l₄ + M₅L₂

Abgleich der variablen Kamerabelastung

M₆ = Masse der Kamera und Befestigung
P = konstante vertikale Kraft

Verlust an Potentialenergie von M₆ beträgt:

ΔP.E. = M₆ (L₁(1 - Cos R₁) + L₂ (1 - Cos R₂))

Die von der Kraft P verrichtete Arbeit beträgt:

ΔW_p = P (r₁ (1 - Cos R₁) + r₂ (1 - Cos R₂)

Damit bleibt die Last im Gleichgewicht, wenn gilt:

Pr₁ = M₆L₁ und Pr₂ = M₆L₂

Da in beiden Gleichgewichtsfällen P = M₆ ist, können Änderungen von M₆ durch Änderungen von P aufgenommen werden, um die Bedingungen für den Gleichgewichtszustand aufrechtzuerhalten.

Claims

Abgeglichener Arm für Fernsehkamera oder dergl., mit einer beweglichen Basis (1), einer auf dieser Basis (1) befestigten, um eine vertikale Achse drehbaren Plattform (5), einem schwenkbar auf der Plattform (5) befestigten und um eine horizontale Achse drehbaren Arm (10), einer lasttragenden Plattform (18), die schwenkbar am einen Ende des Armes (10) befestigt ist, und einer Massenabgleichvorrichtung (32, 36), die auf den Arm (10) in einer der Last auf der Plattform (18) entgegenwirkenden Weise einwirkt, dadurch gekennzeichnet,
daß eine erste, querverschiebbare Befestigung (7) auf der drehbaren Plattform (5) angeordnet ist, die eine vertikale Steuervorrichtung (7, 14, 28) aufweist, welchen einen Steuerschwenkzapfen (14) eines Pantographen (10, 11, 12, 13) beaufschlagt, dessen Dreharm (10) schwenkbar auf der Plattform (5) angeordnet ist,
daß die lasttragende Plattform (18) schwenkbar am Ende des Proportionalarmes (13) des Pantographen befestigt ist,
daß Gelenkverbindungen (13, 18, 22, 23) ein erstes Parallelogramm am Proportionalarm (13) bilden, wobei eine Gelenkverbindung auf der lasttragenden Plattform (18) ausgebildet ist, sowie ein zweites Parallelogramm (9, 10, 20, 22) auf dem Gelenkarm (10) bilden, wobei eine Gelenkstelle (9) aus einem Teil der Plattform (5) gebildet ist und die beiden Parallelogramme (13, 18, 22, 23; 9, 10, 20, 22) eine gemeinsame Gelenkverbindung (22) haben,
daß die Armmassenabgleichvorrichtung (32, 36) schwenkbar auf einer zweiten, querverschiebbaren Befestigung (8) auf der Plattform (5) befestigt und der Drehpunkt schwenkbar mit einer kurzen Gelenkverbindung (11) des Pantographen verbunden ist,
daß eine Lastabgleichvorrichtung (28, 29, 30, 31) vorgesehen ist, die die vertikale Steuervorrichtung (7, 14, 28) beaufschlagt, und
daß auf der Plattform (5) Führungsvorrichtungen für die ersten und zweiten quer verschiebbaren Befestigungen (7, 8) ausgebildet sind, wobei die Plattform (18) mit Last die vertikale Stellung beibehält und bei vollem Abgleich in einer beliebigen Ebene innerhalb der Betriebsgrenzen verschiebbar ist.
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. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung in die erste quer verschiebbare Befestigung (7) so einsetzbar ist, daß die erste quer verschiebbare Befestigung (7) in der horizontalen Ebene verriegelt ist.
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.