CN201891999U - 电控伸缩摇臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电控伸缩摇臂，伸缩摇臂包括多节臂身，各节臂身通过关联钢丝绳连接在一起，各节臂身中包括驱动臂身，驱动臂身通过驱动钢丝绳与动力机构连接，动力机构拖动驱动臂身使位于驱动臂身内侧的其它臂身牵连移动，相邻的各节臂身之间的相对位移相同。本实用新型通过摇臂的可伸缩设计，可以使摄像机在一个球壳形状的范围内移动拍摄，大大拓展了摇臂的使用空间，同时拍摄手法更加灵活多变。

Description

电控伸缩摇臂

技术领域

本实用新型涉及一种摄像机承托设备，特别涉及一种用于承托摄像机的电控伸缩摇臂。

背景技术

目前，现有技术中用于承托摄像机的摇臂均为固定臂长的摇臂，由于固定臂长型的摇臂的自身结构特点的局限使得摄像机机位的移动范围较小，如图1所示，摄像机只能沿图中虚线所示的球面轨迹上运动，其最大仰角约为45度，最大俯角约为55度。此类摇臂无法伸缩，因此摇臂的使用空间较为狭窄，使得拍摄手法较为单一。

实用新型内容

本实用新型是为了克服上述现有技术中缺陷，通过摇臂的可伸缩设计，可以使摄像机在一个球壳形状的范围内移动拍摄，大大拓展了摇臂的使用空间，同时可使拍摄手法更加灵活多变。

本实用新型提供一种电控伸缩摇臂，伸缩摇臂包括多节臂身，各节臂身通过关联钢丝绳连接在一起，各节臂身中包括驱动臂身，驱动臂身通过驱动钢丝绳与动力机构连接，动力机构拖动驱动臂身使位于驱动臂身内侧的其它臂身牵连移动，相邻的所述各节臂身之间的相对位移相同。

其中，臂身分为四节，从外至内依次包括静止的第四臂身以及可伸缩的第三臂身、第二臂身、第一臂身，其中第三臂身为驱动臂身；关联钢丝绳包括第一钢丝绳和第二钢丝绳，其中第一钢丝绳通过多个固结点和定滑轮将第三、二、一臂身进行关联，其中第二钢丝绳通过多个固结点和定滑轮将第四、三、二臂身进行关联。

其中，驱动钢丝绳包括第三钢丝绳和第四钢丝绳，第三、四钢丝绳的一端与第三臂身连接，第三、四钢丝绳的另一端与动力机构连接。

其中，相邻套接的臂身通过前、后导轮和三角轨滑动适配。

其中，各节臂身在伸缩过程中通过配重机构进行配重；配重机构包括配重车和两个定滑轮，配重车通过直线滑轨在第四臂身上滑动，配重钢丝绳的中部压紧固定在第三臂身上，配重钢丝绳的两端分别缠绕两个定滑轮后固定于配重车的两侧，臂身伸缩过程中，配重车在两定滑轮之间往复滑动，用以动态保持系统平衡；配重车包括配重横梁，通过丝杠和配重横梁两侧的螺母对配重横梁进行微调。

其中，伸缩摇臂还包括用于承托臂身的行走支撑机构，行走支撑机构包括立柱、水平旋转机构以及升降机构；水平旋转机构集成于行走支撑机构中；升降机构通过大、小链轮及丝杠的传动作用可带动与丝母连接的位于立柱内的移动柱做升降运动；移动柱承托臂身，其升降行程优选为0至400mm。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、电控伸缩摇臂通过两根钢丝绳的关联缠绕以及动力机构的配合使臂身实现伸缩，从而使摄像机在一个球壳形状的范围内移动拍摄，拍摄方式更为灵活；

2、通过配重车的配重设计可使臂身伸缩过程中保持平衡；

3、行走支撑机构的升降机构设计可有效增加臂身的俯仰角度；

4、水平旋转机构集成于行走支撑机构中，可使结构更为紧凑、合理，同时可有效提高稳定性。

附图说明

图1是现有技术中的摇臂结构示意图；

图2是本实用新型摇臂结构示意图；

图3是本实用新型电控伸缩摇臂臂身结构示意图；

图4-1为本实用新型臂身结构中臂身2、3、4侧壁角示意图；图4-2为本实用新型臂身结构中臂身2、3、4左侧壁示意图；图4-3为本实用新型臂身结构中臂身2、3、4右侧壁示意图；图4-4为本实用新型臂身结构中臂身2、3、4组装后的臂身示意图；

图5是本实用新型臂身结构中臂身1的结构示意图；

图6是本实用新型臂身结构中臂身2、3的连接方法示意图(其中6-1为侧视图；6-2为正视图)；

图7为本实用新型各臂身通过钢丝绳连接的结构示意图；

图8为本实用新型自动平衡云台立体结构示意图；

图9-1为本实用新型自动平衡云台中云台架转动机构内部结构示意图；图9-2为本实用新型自动平衡云台中云台架转动机构云台架角度传感器安装位置示意图；

图10为本实用新型自动平衡云台中旋转云台水平旋转机构示意图；

图11为本实用新型自动平衡云台中旋转云台立体结构示意图；

图12为本实用新型俯仰回转机构结构示意图；

图13为本实用新型俯仰回转机构中中轴角度传感器安装位置示意图；

图14为本实用新型俯仰回转机构中俯仰锁结构示意图；

图15为本实用新型动力机构结构示意图；

图16为本实用新型动力机构与臂身连接示意图；

图17为本实用新型控制系统连接及信号流向示意图(伸缩及方位控制部分)；

图18为本实用新型控制系统连接及信号流向示意图(镜头控制部分)；

图19为本实用新型配重车侧视图；

图20为本实用新型配重机构结构示意图；

图21为本实用新型配重车微调结构示意图；

图22为本实用新型行走支撑机构结构示意图；

图23为本实用新型行走支撑机构主视图(示出了升降机构的可升降范围)；

图24为本实用新型行走支撑机构水平旋转机构结构示意图；

图25为本实用新型行走支撑机构升降机构结构示意图；

图26为本实用新型电控伸缩摇臂总装备图；

图27为本实用新型自动平衡云台控制方法流程示意图。

结合附图在其上标记以下附图标记：

1-臂身，11-第一臂身，12-第二臂身，121-后上导轮，122-后下导轮，13-第三臂身，131-侧壁角，132-三角轨，133-左侧板，134-右侧板，135-上盖板，136-下盖板，137-前导轮，14-第四臂身，15-第一钢丝绳，16-第二钢丝绳，17-固结点，18-定滑轮，19-第三钢丝绳，20-第四钢丝绳。

2-自动平衡云台，21-云台架，211-云台架角度传感器，212-电机，213-减速箱，214-蜗杆，22-旋转云台，220-摄像机托板，221-水平齿轮，222-转子，223-回转座，224-锁紧螺母，225-轴承，226-盖，227-水平电机，228-俯仰齿轮，229-俯仰电机。

3-俯仰回转机构，30-回转轴，30’-轴承，31-中轴角度传感器，32-俯仰锁紧盘，33-回转侧立板，34-俯仰锁，341-锁紧扳手，342-锁紧螺套，343-俯仰锁螺杆，344-锁紧垫圈，35-横撑，36-回转轴端盖，

4-动力机构，41-壳体，42-伺服电机，43-电机支架，44-钢丝绳固定夹，45-卷筒，46-蜗轮，47-蜗杆；5-控制系统；

6-配重机构，61-配重车，62-轨道，63-滑块，64-第一定滑轮，65-第二定滑轮，66-配重钢丝绳，67-配重钢梁，68-丝杠，69-第一螺母，69’-第二螺母；

7-行走支撑机构，71-水平旋转机构，711-回转中间盘，712-回转盖板，713-回转底盘，714-推力轴承，715-锁紧架，716-深沟球轴承，717- 摩擦片，718-垫板，719-锁紧钮，72-水平锁紧，73-立柱，74-升降机构，741-大链轮，742-小链轮，743-小链轮轴，744-移动柱，745-丝杠，746-丝母，747-丝母座，75-拉手，76-轮子，77-支撑地脚，78-吊环螺母；

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图2所示，本实用新型的电控伸缩摇臂可伸缩范围为S，该摇臂由臂身1、自动平衡云台、俯仰回转机构、动力机构、控制系统、配重车、行走支撑机构组成。下面分别介绍各个组成部分的基本结构以及主要功能。

如图3所示，整体臂身由四个各自独立的臂身组成，即第一臂身11、第二臂身12、第三臂身13以及第四臂身14，其相互间可以按等长的比率伸缩，且伸缩过程中平稳无抖动。第二、三、四臂身的结构和制作方法相同，下面以第三臂身为例进行说明：如图4所示，侧壁角131采用中空的结构，上下左右盖板为镂空三角形以减轻臂身重量。两个侧壁角131、两条三角轨132、一块左侧板133拼接成左侧壁，如图4-2所示，首先在侧壁角131的燕尾槽内涂TS805胶粘接两条三角轨，然后在侧壁角的长槽内涂TS805胶，把左侧板插入槽内，用专用工装夹紧，固化8小时。右侧壁的结构和制作方法类似，如图4-3所示。左侧壁、右侧壁、上盖板、下盖板拼接成第三臂身13，最后粘接第三臂身13外侧底部的两条三角轨。第一臂身11采用整体式型材如图5所示。各节臂身的扭拧度在全长4000mm范围内小于等于2.3mm；直线度在全长4000mm范围内小于等于2.4mm，且每300mm小于等于0.3mm。

下面介绍各节臂身的连接方法(以第二臂身12和第三臂身13为例进行说明，如图6所示)：第二臂身12套在第三臂身13筒内，第二臂身12的后侧安装后上导轮121和后下导轮122，它们在第三臂身13筒内的四条三角轨上滑动。第三臂身13的前侧安装前导轮，第二臂身12外侧 底部的三角轨在其上滑动。第三臂身13、第四臂身14以及第一臂身11、第二臂身12的连接方法相同，在此不在赘述。四节臂身全部安装完成后，用弹簧秤挂在第三臂身13的前端，在全部伸缩范围内匀速拉出、拉入臂身，其拉力控制在小于10公斤，且拉力变化范围为±1公斤。

各节臂身通过钢丝绳的拖动使其进行伸缩运动，下面简述一下钢丝绳拖动臂身运动的原理：四节臂身分别由两根钢丝绳(即第一钢丝绳15和第二钢丝绳16)关联在一起的，如图7所示，第一钢丝绳15通过多个固结点17(图7中的半圆黑点)和定滑轮18将第三、二、一臂身关联，而第二钢丝绳16通过多个固结点17和定滑轮18将第四、三、二臂身关联。第四臂身14固定不动，通过上述关联连接关系，动力机构拖动第三臂身13时第二臂身12和第一臂身11则被牵连着一起移动，且该移动符合如下规律：即第三臂身13相对于第四臂身14(固定端)移动X长度时，第二臂身12相对于第四臂身14(固定端)移动2X长度，而第一臂身11则相对于第四臂身14(固定端)移动3X长度。因此只要用动力机构和另外两根钢丝绳(即第三钢丝绳19、第四钢丝绳20)一起对第三臂身13进行伸缩的拖动既可实现伸缩臂臂身的整体伸缩动作。

如图8-图11所示，自动平衡云台2可水平360°旋转，俯仰360°旋转，时刻保持与地面垂直。云台架21与第一臂身11通过八颗螺钉固定。云台架21与旋转云台22通过旋转云台上水平齿轮的三个螺杆，用螺母与云台架连接。

当臂身处于水平位置时，调节两传感器(即中轴角度传感器31和云台架角度传感器211)使两角度传感器的输出值相等同为2.5V，手动调节云台架21处于水平位置，此时用紧定螺钉锁紧角度传感器转轴；当摇臂俯仰运动时，中轴角度传感器31与中轴的变化角度一致，当中轴角度发生变化时，云台平衡调节单元采样的两传感器的差值不为零时，则会输出驱动电压驱动伺服器，伺服器驱动电机212转动，电机输出扭矩驱动蜗杆214转动，蜗轮215将蜗杆214的转动转化为云台架21的摆动，云台架的摆动轴摆动角度等于云台架角度传感器211的转动角度，至云台架角度传感器211的角度等于中轴角度传感器31的角度时，电机212 停止转动，从而实现云台架时刻保持与地面垂直。自动平衡云台的控制方法如图27所示，通过云台架传感器采样信号、中轴传感器采样信号、控制面板处云台调节电位器信号传输至主控板云台调节单元，保护单元对采样信号进行选择后，执行单元对信号进行处理后输出-12V到+12V电压值，由执行单元输出信号至电机伺服器，伺服器驱动伺服电机转动，通过减速及转向机构使云台架中心线与臂身的夹角等于臂身与立柱的夹角，从而实现云台架竖直向中心线始终垂直与地面。由显示单元显示传感器的工作状态。

如图10、11所示，实现水平360°旋转结构为云台架21和水平齿轮221固定，水平齿轮221和转子222固定。俯仰360°旋转的结构与水平旋转的结构相同。

如图12至14所示，俯仰回转机构3与第四臂身14连接，俯仰回转机构3通过回转轴侧板31和俯仰锁紧盘32固定在第四臂身14上。当第四臂身14绕回转轴做俯仰运动时，可以用俯仰锁把臂身锁紧在一个固定的角度。臂身做俯仰运动的最大仰角为53°，最大俯角59°。俯仰锁的结构如图14所示。用手扳动锁紧扳手341，俯仰锁螺杆343将俯仰锁紧盘32压紧在锁紧垫圈344上，靠摩擦力锁紧第四臂身14。当臂身前后处于平衡状态时，俯仰锁用于锁紧。

动力机构如图15、16所示，动力机构4与第四臂身14通过十六颗螺钉连接固定。伺服电机42通过蜗轮46、蜗杆47减速后带动卷筒45缠绕钢丝绳。将第三钢丝绳19、第四钢丝绳20的一端固定在卷筒的钢丝绳固定夹44上，另一端固定在第三臂身13上，如图15所示。这样伺服电机转动通过蜗轮、蜗杆减速后带动卷筒拖动第三臂身13运动，以达到拖动整个臂身的伸缩控制。

控制系统5包括综合手柄、镜头手柄、主控制箱(包含主控板、显示板、方位控制板)、云台控制箱、中轴传感器、云台架传感器、长度传感器以及行程开关I、II，各组成部分的连接关系及信号流向如图17、18所示。

配重机构6如图19-21所示，配重车61通过直线滑轨的轨道62在第四臂身14上滑动，动态调节臂身伸缩过程，使整个系统保持平衡。如图19所示，轨道62与第四臂身14连接，滑块63固定在配重车61上，配重车61在轨道62上滑动。动力机构4通过钢丝绳拖动第三臂身13运动，与此同时第三臂身13通过配重钢丝绳66拖动配重车61沿反方向运动以达到动态平衡。配重车61与臂身的连接方法如图20所示，第一定滑轮64和第二定滑轮65固定在第四臂身14上，配重钢丝绳66两端固定在配重车61上(如图20中的半圆形黑点)。由于配重钢丝绳66中部固定在第三臂身13上(压紧固定)，所以当第三臂身13运动时，配重钢丝绳带动配重车向相反方向运动，以实现动态平衡。如图21所示，配重车61具有微调功能(调节平衡中用到)，通过旋动第一螺母69，推动配重横梁67，再锁紧第二螺母69’，可达到微调配重的目的。

行走支撑机构7如图22-25所示，主要包括水平旋转机构71和升降机构74，现有技术中的行走支撑机构一般不带升降功能，本实用新型增加了升降功能后，可有效提高臂身仰起高度，即提高拍摄高度。另外，现有技术普遍采用独立的水平旋转机构实现水平旋转，而本实用新型将水平旋转功能集成在了行走支撑机构中。

行走支撑机构7的升降机构主要结构如下(如图25所示)：立柱73的可升降范围0.4m(如图23所示)。升降机构74如图25所示，小链轮轴743和小链轮742固定在一起，大链轮741和丝杠745固定在一起，丝母746、丝母座747和移动柱744固定。用棘轮扳手沿同一个方向扳动小链轮轴743，小链轮742通过链条带动大链轮741，丝杠745通过丝母746带动移动柱744做升降运动。

行走支撑机构7的水平旋转机构主要结构如下(如图24所示)：立柱顶端的回转中间盘711可以360度水平旋转，并可以承载1500kg重物。俯仰回转机构3和回转中间盘711用螺钉连接固定。由于第四臂身14和俯仰回转机构3固定，俯仰回转机构3又和回转中间盘711固定，因此第四臂身14水平方向旋转时，回转中间盘711通过深沟球轴承716绕行走支撑机构水平运动。这种结构可以水平方向360°旋转。通过两个锁紧 钮719可以锁紧第四臂身14在水平方向的任一位置。为了固定行走支撑机构7，拍摄过程中可以用专用工具把支撑地脚77撑起来。

本实用新型的电控伸缩摇臂通过两根钢丝绳的关联缠绕以及动力机构的配合使臂身实现伸缩，从而使摄像机在一个球壳形状的范围内移动拍摄，拍摄方式更为灵活；通过配重车的配重设计可使臂身伸缩过程中保持平衡；自动平衡云台的结构设计以及控制方法可使臂身做俯仰运动时实现云台架竖直中心线始终与地面垂直；行走支撑机构的升降机构设计可有效增加臂身的俯仰角度。

以上公开的仅为本实用新型的一个具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种电控伸缩摇臂，其特征在于，所述伸缩摇臂包括多节臂身，各节臂身通过关联钢丝绳连接在一起，所述各节臂身中包括驱动臂身，驱动臂身通过驱动钢丝绳与动力机构连接，动力机构拖动所述驱动臂身使位于驱动臂身内侧的其它臂身牵连移动，相邻的所述各节臂身之间的相对位移相同。

2.根据权利要求1所述的电控伸缩摇臂，其特征在于，所述臂身为四节，从外至内依次包括静止的第四臂身以及可伸缩的第三臂身、第二臂身、第一臂身，其中第三臂身为所述驱动臂身；所述关联钢丝绳包括第一钢丝绳和第二钢丝绳，其中所述第一钢丝绳通过多个固结点和定滑轮将第三、二、一臂身进行关联，其中所述第二钢丝绳通过多个固结点和定滑轮将第四、三、二臂身进行关联。

3.根据权利要求2所述的电控伸缩摇臂，其特征在于，所述驱动钢丝绳包括第三钢丝绳和第四钢丝绳，所述第三、四钢丝绳的一端与第三臂身连接，第三、四钢丝绳的另一端与所述动力机构连接。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电控伸缩摇臂，其特征在于，相邻套接的所述臂身通过前、后导轮和三角轨滑动适配。

5.根据权利要求2或3所述的电控伸缩摇臂，其特征在于，所述各节臂身在伸缩过程中通过配重机构进行配重。

6.根据权利要求5所述的电控伸缩摇臂，其特征在于，所述配重机构包括配重车和两个定滑轮，配重车通过直线滑轨在第四臂身上滑动，配重钢丝绳的中部压紧固定在第三臂身上，配重钢丝绳的两端分别缠绕所述两个定滑轮后固定于所述配重车的两侧，臂身伸缩过程中，所述配重车在两定滑轮之间往复滑动，用以动态保持系统平衡。

7.根据权利要求6所述的电控伸缩摇臂，其特征在于，所述配重车包括配重横梁，通过丝杠和配重横梁两侧的螺母对配重横梁进行微调。

8.根据权利要求1至3中任意一项所述的电控伸缩摇臂，其特征在于，还包括用于承托所述臂身的行走支撑机构，行走支撑机构包括立柱、水平旋转机构以及升降机构；水平旋转机构集成于行走支撑机构中；升降机构通过大、小链轮及丝杠的传动作用可带动与丝母连接的位于立柱内的移动柱做升降运动。

9.根据权利要求8所述的电控伸缩摇臂，其特征在于，所述移动柱承托所述臂身，其升降行程为0至400mm。

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