专利名称：对用于有效载荷的可倾斜台座的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于有效载荷的可倾斜台座，虽然不仅仅但特别是涉及电视/录像摄像机的可倾斜台座。
已知的许多载荷平衡机构包含液压或气动装置；和通过杠杆或凸轮装置加载的弹簧。我们的英国专利申请NO.2102757公开了一种复合的弹簧及杠杆装置，该装置提供准确的平衡并也可以调节以适应不同的载荷，但是相对地复杂和笨重，因此不实用。平衡机构和特别是在摄像机的倾斜台座中要实现的机构的一项重要要求是该机构必须是紧凑的，使得该台座的总体积能保持一最小数值。
我们的国际专利出版物NO.WO-A-94/07080公开了有效载荷的一种可倾斜台座，它包括底部和用于支承该有效载荷的支承件。该支承件可绕该底部上的水平轴线倾斜，以便绕所述水平轴线附近的顶部死点中心位置的每个侧边倾斜。扭矩产生装置安装在该底部上并作用于该可倾斜支承上，以便根据该支承的倾斜产生扭矩，该扭矩与带着其有效载荷的该支承的外平衡力矩相等或方向相反，以使该支承在绕所述轴线运动的任何位置维持平衡。该可倾斜的支承具有两个短轴并提供了两个扭矩产生装置；该支承安装在该两个短轴上，以便绕所述水平轴线倾斜；提供的该两个扭矩产生装置作用在该各个短轴上，每个扭矩产生装置随着运动提供正弦变化的扭矩。为调节该扭矩产生装置提供了控制器，以便改变所述装置之间的相位角，以改变扭矩的集合幅度，该扭矩是由所述装置产生的用于该可倾斜的扭矩件的任何运动位置，以适应在该支承件上的有效载荷的重量。
我们的国际专利出版物NO.WO98/36208公开了一种转动平衡机构，它包括可绕水平轴线转动的输入件，以便携带质量；和当该输入件从中间位置转动地移离时，用来产生平衡扭矩的装置，在该中间位置中该质量被垂直地配置在所述水平轴线的上方。产生该平衡扭矩的装置包括一对直线地对齐的可移动输出件；用于把该输入件自所述中间位置起的转动转变为所述输出件的正弦位移的凸轮，所述输出件在最小与最大位移位置之间，彼此相位相差90°；和用于阻止该输出件的所述摆动运动离开所述最小位移位置的弹簧装置。
本发明提供的一种有效载荷的可倾斜台座包括用于承受该有效载荷的平台；支承件；安装该平台以便在该支承上绕水平轴线倾斜运动至中间位置的任一侧的装置，在该中间位置中该平台被配置在该水平轴线的上方；和用于控制该平台/有效载荷的倾斜的弹簧驱动装置，以便在其到所述中间位置的任一侧运动的全范围内平衡该平台，其中所述弹簧驱动平衡装置包括凸轮及凸轮从动件，它们是为随该平台的倾斜相对于该支承作相对运动而设置的，该凸轮从动件包括可转动地安装的杠杆；以及线性弹簧装置；和用于把该杠杆的转动转变为向该弹簧装置线性输入的装置，以产生弹簧力来阻止该台座的倾斜；该凸轮的形状制成这样即依据该平台的倾斜产生的弹簧力，在所述中间位置的任一侧中全部预定运动范围内平衡该平台/有效载荷。
本发明的一个目的是提供一种完全平衡的可倾斜台座，其中该平衡机构是紧凑的和易于调整的，以适合不同重量的有效载荷和不同的重心位置。
更准确地说，该凸轮的形状制成这样即该弹簧是按照θ/2的函数而直线地移动的，此处θ是该支承移离该中间位置的绝对倾角，在该中间位置θ＝0。
例如，该凸轮被制成U型，该U型是关于穿过该U型的底部点的轴线对称的，该U型的底部点构成与该平台的中间位置对应的中间位置，而该U型的各侧边形状被制成随着该支承的倾斜而使该凸轮从动件移动，使得该弹簧依据所述正弦函数移动以对倾斜提供相应的阻力来平衡该支承。
在上述的任何装置中，该杠杆可起到随着该支承倾斜离开该中间位置而挤压该弹簧装置的作用。
同样在上述的任何装置中，该杠杆可转动地安装在该支承上，而该凸轮安装成随着该平台倾斜。
较好的是，提供用于调节该杠杆的有效杠杆臂的装置，该杠杆作用在弹簧装置上，以改变由该杠杆施加在该弹簧上的力矩，从而改变由该弹簧产生的相应平衡力，以适合不同的有效载荷并且适合该支承上的有效载荷的重心的各个位置。
在后者装置中，该弹簧装置可安装在该支承上并具有一载荷输入件，该载荷输入件相对该弹簧的作用线横向地延伸，该杠杆具有安装在其上的第二从动件，该第二从动件与该载荷输入件结合，以便随着该杠杆的倾斜向该杠杆输入直线运动。
另外在该杠杆上的第二从动件较好是可在该杠杆上直线移动，以调节由该杠杆施加给该弹簧装置的力矩，该从动件的调节线是这样的当该平台处于该中间位置时，第二从动件的调节不会向该弹簧施加力。
根据本发明的另外一特性，该杠杆具有与凸轮结合的锥形滚子，该滚子安装用来在该杠杆上绕轴线转动，该轴线穿过该杠杆的转动轴线，而该滚子的锥面具有凸伸的顶点，该顶点与该滚子的转动轴线重合，以便当该滚子移过该凸轮表面时减少在该滚子与该凸轮的接触线处的滑动运动。
下面是本发明的特定实施例的说明，参考各附图，其中
图1是在三脚架上的电视/录像摄像机的平面及倾斜台座的立体视图；图2是具有平台的可倾斜台座的立体局部剖视图，该平台可绕水平轴线倾斜至竖直中间位置的任一侧，显示了用于全运动范围内平衡该平台及有效载荷的平衡装置(已调节至最大的平衡力)；图3是与图2类似的视图，其平台从竖直位置倾斜至45°；图4是与图2类似的视图，显示其平台从竖直位置倾斜至90°；图5是图2的可倾斜台座的侧视图，显示平台处于竖直位置；图6是与图5类似的视图，显示平台对于竖直位置可倾斜处于45°；图7是与图5类似的视图，显示平台对于竖直位置可倾斜处于90°；图8-10是显示平衡机构的侧视图，显示当平台竖直时，该平衡机构已被调节为最小载荷，和平台相对于竖直位置分别处于45°及90°；图11是应用于可倾斜台座中的改型凸轮从动件及凸轮的等轴视图；图12是凸轮从动件及凸轮装置的前视图；和图13是图12的线13-13上的剖面。
首先专门参考图1，整体用附图标记10标示的录像摄像机，摄像机10支承在平面的及倾斜的台座11上，台座11依次安装在标示为12的三脚架上。
该摄像机台座包含标准平台13，用传统的锁紧装置把该摄像机固定在该标准平台13上。台座11允许该摄像机在该平台上绕通常分别以14及15标示的轴线作平面的及倾斜的运动。该台座含有平衡装置，该平衡装置用于在倾斜运动至竖直中间位置的任一侧的范围内平衡该平台，使得操作者可移动摄像机至任何所需的倾斜位置，而该摄像机在所选位置中将保持不动。该台座还含有用于缓冲摄像机的平面及倾斜运动的缓冲装置，以保证该操作者能平稳地移动摄像机而在整个平面及倾斜运动范围内没有可察觉到的振动，该平面及倾斜运动允许摄像机在其移动中进行摄录而不被观众明显感觉到。
应该理解的是该台座必须使不同重量的并在该平台上方具有不同重心位置的摄像机定中心，使得该摄像机在该平台上倾斜时使不同的力矩施加在该平台上。因此该平衡机构必须是可调节的以提供对于由摄像机倾斜离开中间的或竖直的位置而施加在该台座上的力矩来说所必需程度的阻力矩。在摄像机倾斜运动的整个范围内，平衡机构提供准确的所需平衡力矩也是重要的，以保证任何时候该摄像机都被移动进入倾斜模式，这样进行了精确的平衡而且不需要摄像人的手固定不动来保证摄像机保持在所选的方位中。
现在将参考图2-10来更详细地描述根据本发明的可倾斜台座及平衡机构的详细构造。
首先参考图2，该台座包括细长的底板20，底板20支承在未显示的一部分台座上，该台座造成该摄像机绕垂直轴线14作平面运动。该底板具有竖直的侧板21和通常以22标示的摄像机平台，平台22可绕前述水平轴线15转动地安装在侧板21上，以实现该平台及支承在其上的摄像机的倾斜运动。该平台包括上水平板23，上水平板23仅以轮廓线表示并具有向下延伸的侧板24，侧板24可绕前述倾斜轴线15转动地安装在该底板的侧板21上。该平台的顶板携带着先前提到的标准的摄像机台座板。
平衡机构安装在该底面的两侧板21之间，该底面通常以25标注。在该底面的一个端部，凸决26安装在侧板21的内侧以和该平台一起转动。凸轮模板27安装在该凸块上并具有凸轮端面28，凸轮端面28通常是U型形式的，并在该凸轮的底部具有中央点29，该凸轮关于中央点29对称，并具有镜像端面30，镜像端面30从底部点以U型形式对称地升高。这些端面的成形将在后面更详细地描述。当该平台处于其最高位置时，该凸轮端面的底部点被垂直地配置成处于该平台的倾斜轴线的上方。
该U型凸轮与凸轮从动件相结合，该凸轮从动件为滚子31形式的，滚子31安装在加工成箱型的杠杆32的一个端部，箱型杠杆32的侧壁33支承在耳轴34中，然后耳轴34安装在从底板20上竖立的凸座35上。该凸耳中的杠杆32的可转动台座在凸轮27与该平台一起转动时可使该杠杆上升或下降，而滚子31跟随凸轮表面30运动至该底部点的任一侧。
箱型杠杆32提供了封闭的滑道36，在滑道36内设置带有滚子38的台座37。提供一种机构(未显示)来朝向及远离由耳轴34形成的轴线调节台座37在该杠杆长度方向上的位置，该杠杆绕该轴线转动。稍后将讨论该调节的目的。
相隔配置的一对重型压缩弹簧40(只能看见其中的一个)在远离凸块26的侧板21上并排地安装，并且在杠杆32的两侧水平地延伸。这些弹簧作用在通常以41标示的滑板上。滑板41被安装用于在底板20上作直线滑动。该滑板包括一深的中央通道部分，该中央通道部分具有细长的垂直延伸的底壁42，杠杆32的滚子38在底壁42上滚动；位于杠杆32侧面的侧壁43；以及与弹簧40结合的外转法兰44。
该机构工作如下在平台22的竖直位置，该杠杆的滚子32与该凸轮表面的底部点29结合，压缩弹簧40未被压缩。当平台22绕轴线15倾斜至该中间竖直位置的任一侧时，滚子32沿该U型的一个或另一个侧边30向上移动，使杠杆32在反时针方向倾斜，如在有关耳轴34的附图中所显示。支承在该滑板的底板42上的杠杆滚子38驱使该滑板在图2中的方向52上移动而压缩弹簧40。该凸轮侧边30的形状被构造成导致滑板44按照θ/2的正弦函数而移动，此处θ/2是该平台偏离该竖直位置的倾斜角度。该凸轮的端面30的形状相对于真实的正弦形状具有一些变化，以适合作用于该滑板上的杠杆机构的几何形状。在此条件下，施加给弹簧40的滑板的运动，如上面所解释的，是sinθ的正弦函数。在此给定条件下，根据下列数学分析，在由弹簧40造成的绕轴线15的平台的整个倾斜运动范围内，该平台可得到完全的平衡； 当处于半径R处的质量M倾斜过角度θ时，它损失的势能是MR(1-cosθ)，为了平衡，这个必须被贮存作弹簧能量。
弹簧能量＝1/2KX2，此处K是弹簧常数，而X是压缩的长度。
因此为达到平衡MR(1-cosθ)＝1/2KX2由此得X=2MRKsin(θ2)]]>应当明白作为摄像机重量或其重心方面的变化的结果，由弹簧提供的必不可少的平衡力将取决于位于该平台上的摄像机的重量以及位于该平台上方的摄像机重心的高度。当该平台绕该轴线倾斜时，由该摄像机施加给该平台的力矩将发生变化。为适应这点，其上设置有滚子38的台座37可在杠杆32中朝向及远离耳轴轴线34地进行调节，如先前所解释的那样。图4显示当该平台在竖直位置，即0°倾斜位置时的调节范围，而且应当指出滚子38的台座37在杠杆32中是可相对于耳轴34垂直地调节的，所以当该杠杆位于该位置时，该台座的调节不会在弹簧40上施加任何力。
图2-7显示该平台处于竖直位置、倾斜45°及90°位置，同时滚子38的台座37处于其在杠杆32中的最高位置。这适合于平衡机构的最大的摄像机重量或重心高度，以便对倾斜产生最大的平衡力。
因此，利用了该滑板的整个有效行程，所以在该平台处于90°倾斜时，该滑板的底板与该底板的侧板21接合。
图8显示平台处于其竖直位置，同时台座37在杠杆32中被垂直地调节至其最低位置，即最靠近耳轴34。在此位置中，该滑板受到该杠杆的作用到达其整个浮动范围的最小位置，以产生用于最轻摄像机或重心最低的摄像机的最小平衡力矩。图9及10显示该平台倾斜至其45°位置及90°位置。如同比较图7与图10可看到的，处于该台座的完全倾斜位置的滑板的位移小于最大值。
现在参考图11-13的装置。规定了相同的部件具有如先前实施例中使用的相同的标号。在此情况下的凸轮包括加工的杠杆32，杠杆32具有间隔平行的凸座33以容纳支承在底面上的间隔的同轴耳轴34，以使该杠杆绕轴线50转动地运动。如前所述，该杠杆带有用于与凸轮端面30结合的滚子31。在此情况下，滚子31被支承在滚针轴承51上，轴承51安装在心轴52上，心轴52支承于在该杠杆中容纳的套53中，使得滚子31在轴线54上转动，轴线54穿过轴线34，该杠杆绕轴线34转动。
滚子31具有截头锥状的外表面55，外表面55与凸轮端面30结合，而该截头锥状表面具有与耳轴54的轴线50重合的凸出支点。这种装置去除了滚子31与凸轮30的接触线的相对滑动。
权利要求
1.用于有效载荷的一种可倾斜台座，它包括用来容纳该有效载荷的平台；支承；用来安装该平台以在该支承上绕水平轴线作倾斜运动至中间位置任一侧的装置，在该中间位置上该平台被配置在该水平轴线的上方；和用来控制该平台/有效载荷的倾斜的弹簧驱动装置，以便在该平台运动至所述中间位置任一侧的整个范围内平衡该平台；其特征在于，所述弹簧驱动平衡装置包括凸轮及凸轮从动件，该凸轮及凸轮从动件被设置用来随着该平台相对于该支承的倾斜作相对运动；该凸轮从动件包括可转动地安装的杠杆；及直线弹簧装置；和把该杠杆的转动转变为向该弹簧装置输入直线运动的装置，以产生弹簧力来阻止该台座的倾斜，该凸轮的形状制成这样依据该平台的倾斜产生的弹簧力在该平台运动至所述中间位置的任一侧的整个预定范围中平衡该平台/有效载荷。
2.如权利要求1的可倾斜台座，其特征在于，该凸轮的形状制成这样该弹簧是按照θ/2的函数进行直线移动的，此处θ为该支承从该中间位置起的绝对倾斜角度，在该中间位置，θ＝0。
3.如权利要求2的可倾斜台座，其特征在于，该凸轮是U型的，该U型关于通过该U型底部点的轴线对称，该U型的底部点构成中间位置，而该U型的两侧边形状制成这样使该凸轮从动件随着该支承的倾斜而移动，使得该弹簧依据所述正弦函数而移动，以对倾斜提供相应的阻力来平衡该支承。
4.如前述各项权利要求中任意项的可倾斜台座，其特征在于，该杠杆随着该支承的倾斜把该弹簧压离该中间位置。
5.如前述各项权利要求中任意项的可倾斜台座，其特征在于，该杠杆可转动地安装在该支承上，而该凸轮被安装成随该平台倾斜。
6.如前述各项权利要求中任意项的可倾斜台座，其特征在于，提供了调节作用于该弹簧装置的杠杆的有效杠杆臂的装置，以改变由该杠杆施加在该弹簧上的力矩，因此使由该弹簧产生的相应平衡力适合于不同的有效载荷及在该支承上的有效载荷的不同的重心位置。
7.如权利要求6的可倾斜台座，其特征在于，该弹簧装置安装在该支承上并具有关该弹簧作用线横向地延伸的载荷输入件，该杠杆具有安装在其上的第二从动件，该第二从动件与该载荷传递件结合以依据该杠杆的倾斜向该载荷传递件输入直线运动。
8.如权利要求7的可倾斜台座，其特征在于，该杠杆上的第二从动件可在该杠杆上直线移动以调节由杠杆施加给该弹簧装置的力矩，该从动件的调节线是这样的当该平台处于该中间位置时，该第二从动件的调节不会对该弹簧施加力。
9.如前述各项权利要求中任意项的可倾斜台座，其特征在于，该杠杆具有与该凸轮结合的锥形滚子，该滚子被安装得在该杠杆上绕轴线转动，该轴线穿过该杠杆的转动轴线，而该滚子的锥形表面具有凸出的顶点，该顶点与滚子的转动轴线重合，以便当该滚子移动过该凸轮表面时减小该滚子与凸轮的接触线处的滑动。
全文摘要
本公开涉及诸如摄像机(10)的有效载荷的可倾斜台座，该台座包括用来容纳该摄像机的平台(22)；支承(20)；用来该安装平台以在该支承上绕水平轴线作倾斜运动至中间位置任一侧的装置，在该中间位置上该平台被配置成在该水平轴线的上方。通过弹簧驱动平衡装置，在该平台运动至所述中间位置任一侧的整个范围内，该平台被平衡；该弹簧驱动平衡装置包括凸轮(27、28)及凸轮从动件(31)，凸轮(27、28)及凸轮从动件(31)被设置用来随着该平台的倾斜而相对于该支承作相对运动。该凸轮从动件布置在可转动地安装的杠杆(32)上，而直线弹簧(40)及连接件(38、42、43、44)把该杠杆的转动转变为对该弹簧装置的直线输入，以产生弹簧力来阻止该台座的倾斜。凸轮(28)的形状制成这样依据该平台的倾斜而产生的弹簧力在该平台运动至所述中间位置任一侧的整个前述范围内平衡该平台/有效载荷。
文档编号F16M11/10GK1643294SQ03806410
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月20日 优先权日2002年3月20日
发明者R·A·林赛 申请人:维泰克公开有限公司