可延伸的摄像机支撑和稳定装置的制作方法

专利名称：可延伸的摄像机支撑和稳定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于摄像机以及其他类似设备的稳定装置。特别地，本发明的实施例涉及一种可延伸的摄像机稳定装置，典型地，其可安装于身体上，并且被设计为在所有类型的地形都能产生平滑的移动拍摄。
背景技术：
典型地，安装于身体上的摄像机稳定装置包括在其重心具有三轴线万向节的摄像机设备支撑系统。支撑结构一般连接至铰接的支撑臂，铰接的支撑臂依次连接至操作者穿着的背心，不过臂可安装至其他固定或移动结构。这些设备设计用来支撑摄像机或其他设备、并将摄像机或其他设备与行走、奔跑或移动的操作者、车辆或操作者/车辆的组合的不期望的运动隔离开。这种设备的常见例子是以斯坦尼康(Steadicam )商标在市场上出售的那些设备。安装于身体上的稳定装置摄像机支撑结构，通常称之为“滑架(sled)”，一般包括延伸块以提高惯性稳定性以及将平衡中心定位于可操作(accessible)位置。摄像机支撑“滑架”结构由中心支柱一端处的刚性安装的摄像机和支柱另一端处的其他刚性安装的部件(视频监视器、电池、聚焦装备、微波传输装备、摄像机控制单元装备、其他电子设备等)大致中立地平衡。摄像机因而能通过万向节附近轻微的手动压力而在任何方向上指向。这些指向运动的相互垂直的方向清楚地被称为摇动、倾斜和滚动。如这里使用的，除非另有规定，“滚动”表示绕着大致平行于摄像机镜头的轴线的旋转，“摇动”描述绕着从支撑摄像机的中心支柱的中心向下延伸且与滚动轴线偏离90°的轴线的旋转。“倾斜”描述绕着与镜头轴线和摇动轴线都垂直的基本上水平轴线的旋转。由于摄像机和监视器刚性地连接至支撑结构，垂直的摄像机移动，同时维持摄像机水平，限制于铰接支撑臂的最大垂直运动范围，所述最大垂直运动范围通常为标准模式下的32英寸加上“低模式”下的重叠、但不连续的32英寸。转换至低模式需要机械地移除摄像机，倒转支撑结构，并将其经由对于每个摄像机而言都不同的所谓“低模式托架”重新连接至倒转的支撑结构。另外，监视器必须倒转，万向节沿着中心支柱调节以恢复期望的平衡块的轻微底部重量；必须采用特殊的万向节一臂连接托架；并且整个摄像机系统的所有线缆必须分离并重新连接。最后，系统必须再平衡。这个耗时的过程在每次需要从低模式转变到高模式，或从高模式转变到低模式时都必须进行。经常，由于时间限制，拍摄被取消，使得导演和操作者都很懷丧。对于这些设备的操作者来说，另一问题在低模式拍摄需要克服某种类型的障碍，比如车盖、围墙、栅栏、桌子等时出现，因为支撑臂的横向可达范围受限。陀螺仪调平的“辊笼安装的”摄像机支架是已知的，并且市场上有售，例如商标名为“AR”，其允许“低模式”至“高模式”的连续拍摄。这些设备操作起来非常笨拙，因为在从低位置至高位置的过程中，“倾斜”和“摇动”逐渐需要与摄像机实际朝向无关的稳定器中心支柱的非直觉操纵。延伸杆支撑的，远程控制的摄像机安装架，包括市售为“杆-凸轮(Pole-Cam)”的那种，是现有技术已知的并且构造简单，但是它们非常不稳定，除非安装于固定的三脚架上。因此需要一种用于增加设备稳定化支架的能力一尤其是安装于人体的摄像机稳定器一并且扩展其可达范围和角度灵敏度的装置，使得能进行稳定化的操作，比如拍摄，其优选地包括摄像机不受限制和直觉的角度控制，以及从操作者位置的较大横向和垂直位移。

发明内容
本发明的实施例提供了一种用来定向和使用远离操作者定位并且以稳定方式支撑的装备的设备。本发明的具体实施例可与轻重量摄像机相容，包括小于I磅、或甚至小于0.5膀的摄像机。本发明的优选实施例中，一个或多个机械装置可移除地安装至改良的斯坦尼康型设备，用于在从动端复制王动端的角度运动。当支撑系统具有刚性轴向连接时，例如以主动平衡杆的形式，能采用连接至平衡杆、但能围绕平衡杆自由转动的手柄。本发明的优选实施例包括具有元件的手柄，所述元件连同主动万向节元件一起工作，以可选择地隔离并减缓不需要的运动，以及定向平衡杆关于垂线的姿态。根据本发明一个示例性实施例的支撑系统，包括具有第一端(主动端)和第二端(从动端)的平衡杆。一个或多个第一部件块由主万向节装置连接至支撑结构或主滑架上的平衡杆主动端并平衡，并且一个或多个第二部件块由从万向节装置连接至支撑结构或从滑架上的平衡杆从动端并平衡。具有第一轭的第一万向节装置不可转动地连接至平衡杆的第一端。具有第二轭的第二万向节装置不可转动地连接至平衡杆的第二端。第三万向节在平衡杆的平衡中心处连接至平衡杆，所以平衡杆可在其内转动，以提供第一和第二轭之间的第一角度连接度。第一滑轮树连接至第一万向节的外圈外壳，且第二滑轮树连接至第二万向节的外圈外壳。第一中心支柱布置于第一万向节内圈内，且第二中心支柱布置于第二万向节内圈内。一对系杆与平衡杆、以及彼此基本平行地布置，并且从第一滑轮树延伸至第二滑轮树，每一个系杆在每个滑轮树可枢转地连接，使得平衡杆、系杆和中心支柱形成一个平行四边形，该平行四边形提供了第一和第二中心支柱之间的第二角度连接度。每个滑轮树都具有多个功能性地与环形线连接的滑轮，使得第一万向节的运动可在第二万向节被复制，以提供第三角度连接度。因此，主万向节的定向被从万向节所模拟。支撑系统可包括至少一个振动控制系统以缓冲传递至中心支柱的振动。在本发明的一个示例性实施例中，振动控制系统包含一个刚性连接至滑轮树的安装托架，且至少部分围绕中心支柱，其中安装托架具有多个托辊、且可调节地布置，以允许托辊接触中心支柱。本发明进一步地包括可用于具有平衡杆的支撑系统的手柄组件的各种实例。在本发明的一个示例性实施例中，手柄组件包含一个功能性地连接至平衡杆，且纵向可滑动地布置于平衡杆上的平衡杆万向节。平衡杆万向节具有外圈，其在手柄支撑托架的邻近端连接至手柄支撑托架。手柄支撑托架具有凹口，其在支撑系统旋转时可容纳系杆。手柄支撑托架在手柄支撑托架的末端进一步地连接至手柄轴，手柄轴延伸一定距离基本垂直于平衡杆的中心线。把手围绕手柄轴布置、且关于手柄的纵轴旋转。还包括臂安装组件，其连接至手柄轴的末端以安装支撑臂。臂安装组件围绕与手柄轴的纵向轴线基本垂直的垂直线关于支撑臂旋转。手柄支撑托架借助于连接至平衡杆万向节外圈的连接组件、以及连接至手柄支撑托架的互补的连接组件连接。弹性组件布置于平衡杆万向节外圈手柄支撑托架连接组件和互补的连接组件之间，使得基本垂直于手柄轴的纵向轴线的手柄支撑托架的运动通过弹性组件被缓冲。在本发明的一个特别的实施例中，连接组件从外部万向节圈上凸起，且互补的组件为横跨凸起物两边的U形组件，且其中具有弹性组件。本发明还包括通过如此处公开的附加的万向节和手柄装置的支撑系统的变型。根据此处提供的任意实施例，本发明进一步地包括用于具有万向节和手柄装置的摄像机支撑系统的延伸杆。本发明还包括具有这样一种平衡杆的支撑系统。支撑系统可连接至铰接臂，且进一步地，铰接臂可连接至操作者的背心。优选地，铰接臂为平衡臂。本发明还包括具有铰接臂的支撑系统。本发明还指示了通过提供根据本发明任何实施例的支撑系统来平衡和使用装备的方法；在第一端处将第一部件块相对彼此平衡；在第二端处将第二部件块相对彼此平衡；围绕平衡杆的纵向轴线将第一部件块相对于第二部件块平衡；将平衡杆和第一和第二部块通过沿平衡杆的长度定位的第三万向节平衡；并且移动第一万向节装置，从而引起这个运动的复制装置在位于从动端的第二万向节装置中模拟这个运动，同时维持部件块的大致平衡。


本发明从结合附图的详细描述中得到最好的理解。图1是以摄像机下置的“低模式”示出的现有技术摄像机支撑和稳定系统。图2是典型的现有技术的轻重量背心和铰接支撑臂的正视图。图3是本发明布置用于最大镜头高度的示例性实施例。图4是本发明布置用于最小镜头高度的示例性实施例。图5示出根据本发明示例性实施例的主滑架。图6是根据本发明示例性实施例的主滑架的万向节部分的放大视图，详细示出了三个旋转传感器。图7示出了根据本发明示例性实施例的从滑架，详细示出了三个伺服马达、以及摄像机和微型辅助监视器的位置。图8示出本发明布置来从操作者正后面上方拍摄的示例性实施例。图9示出根据本发明示例性实施例的布置于主滑架和从滑架之间的延伸的超长平衡杆。图10示出本发明的示例性实施例，其中主滑架和从滑架的万向节轭都硬连接至“主动”平衡杆，并且由机械装置轴向地同步。图11示出根据本发明示例性实施例的机械地连接至主动平衡杆的主滑架万向节轭。图12示出根据本发明示例性实施例的机械地连接至主动平衡杆的从滑架轭。图13示出根据本发明示例性实施例的用于升高和横移主动平衡杆的环形、轴向隔离的手柄。图14示出根据本发明示例性实施例的偏移手柄，其硬连接至用于升高和横移主动平衡杆的环形、轴向隔离的手柄。图15示出根据本发明示例性实施例的具有较少配重和互锁第二旋转轴线的系杆的另一硬连接轻重量实施例。图16示出根据本发明示例性实施例的其中多部件系杆将主滑架和从滑架之间的俯仰运动和有限摇动同步的支撑系统。图17示出根据本发明的示例性实施例，其齿轮和带与系杆一起操作，从而将主滑架和从滑架之间的俯仰运动和摇动同步。图18提供了图17所示实施例的进一步细节，示出了主滑架和从滑架之间借助于有齿带和锥齿轮的机械互连以实现摇动运动的同步。图19示出根据本发明示例性实施例的具有布置于平衡杆内的同步部件的支撑系统。图20是根据本发明示例性实施例的可延伸的摄像机支撑和稳定装置的立体图，其中主万向节三个轴线的运动借助于系杆、线以及滑轮在从万向节处机械地复制。图21是根据本发明示例性实施例的可延伸的摄像机支撑和稳定装置的从动端的立体图，详细示出了滑轮树、枢转滑轮、转向滑轮、主摇动滑轮以及与从万向节的外圈相关的驱动线的布置。图22是根据本发明示例性实施例的可延伸的摄像机支撑和稳定装置的从动端的立体图，示出了相对于转向滑轮和主摇动滑轮的驱动线的位置。图23是根据本发明示例性实施例的从万向节滑轮树的立体图，示出了可选择的托辊组件。图24是根据本发明示例性实施例的“主动”万向节手柄的立体图。图25是图24的主动万向节手柄的侧视图，示出了根据本发明示例性实施例，在平衡杆的旋转期间，在不同高度容纳系杆的支撑托架内的凹口的功能。图26是根据本发明示例性实施例，包括转向滑轮托架、有支架的软管、具有托辊的托辊体、以及托辊体门(处于闭合位置)的托辊树组件的透视图。图27是根据本发明示例性实施例的包括转向滑轮托架、有支架的软管、具有托辊的托辊体、以及用于安装和拆卸至万向节外圈外壳处于打开位置的托辊体门的托辊树组件的相反面透视图。图28是根据本发明示例性实施例的具有狭窄的延伸、附加的弹性垫、以及用于枢转轴的钻孔的第三平衡杆万向节外圈的隔离透视图。图29示出了根据本发明的示例性实施例的用于主动手柄的万向节组件的外圈。图30是图29所示的外圈的透视图，其与主动手柄支撑托架和枢转轴，在成角度的偏离位置具有一个被压缩的所示弹性垫的组件可操作地连接。图31和图32分别是图30的外圈和支撑托架组件的分解图，其示出了具有相连的弹性垫的外圈延伸之一，以及示出了将与外圈内的钻孔相接合的枢转轴和轴承组件的支撑托架。图33和图34示出了根据本发明示例性实施例的外圈枢转至在支撑托架的壁相反方向上压缩弹性垫的主动手柄组件的闭合透视图。在图34中，支撑托架以透明状态呈现，以示例说明其与弹性垫、外圈延伸以及枢转轴和轴承的关系。图35示出了根据本发明的示例性实施例的手柄组件。图36A-C示出了根据本发明的示例性实施例的具有基本垂直于中心支柱的平衡杆的可延伸的稳定装置的一部分。图37示出了根据本发明的示例性实施例的可延伸的稳定装置的一部分的顶视图。图38示出了根据本发明的示例性实施例的具有处于向上偏移的极限时的平衡杆的可延伸的稳定装置的一部分。图39示出了根据本发明的示例性实施例的具有处于向下偏移的极限时的平衡杆的可延伸的稳定装置的一部分。图40是根据本发明的示例性实施例的可延伸的稳定装置的剖视图。图41示出了根据本发明的示例性实施例的可延伸的稳定装置。图42示出了根据本发明的示例性实施例的可延伸的稳定装置。图43示出了根据本发明的示例性实施例的滑轮树。
具体实施例总体上，本发明的示例性实施例采用固有的稳定且受控的滑架，例如斯坦尼康型(Steadicam-type),(大体上在其平衡中心装有万向接头，并且由延伸块赋予其角度惯性)作为“伺服控制器”，以引起在空间上位移的第二“从滑架”在平衡杆的另一端同步地摇动、倾斜和/或滚动。平衡杆在其自身的重心处由其自身的万向节支撑。本发明的示例性实施例采用多个基本上无摩擦的旋转传感器来检测主滑架万向节在其相对于连接平衡杆的瞬时朝向而移动和指向时的三个相互垂直的旋转。这些旋转然后由多个伺服马达在安装于平衡杆相对端处的类似的从滑架万向节处复制。这些“从属”旋转中的一些通过主滑架的精密角度重定向而引起。其他能表现为在主滑架万向节处在所有三个轴线上的旋转，但是仅由平衡杆自身的横移和/或升高而引起，在此情况下，主滑架的角度位置可不改变，但是任何或所有传感器能记录当在从万向节处再复制时也用来保持摄像机角度地静止的旋转。在本发明的替代实施例中，传感器与摄像机或装备的受控角度运动的比率能小于I比1，或者马达与受控自由度的比率能小于I比I。例如，单个传感器能够感测超过一个轴线周围的运动，和/或单个马达能够产生围绕超过一个轴线的运动。平衡杆能够通过例如伸缩式或模块化结构延伸。主滑架和从滑架能从平衡杆释放。在各种配重连接至主滑架时，能以例如16:1的“跷跷板”比例平衡微型从滑架。假定是轻重量杆，比如由碳纤维构成，主滑架的重量与微型滑架的重量之比将大致等于滑架和平衡杆万向节之间距离的反比。距万向节24英尺的3磅的从滑架因此能由1.5英尺远的48磅的主滑架平衡。假设对长杆及其万向节增加9磅，则总重量是60磅，这也正好在摄像机操作者常规支撑的顶端负荷内。
本发明的其他示例性实施例可用平衡杆的直接机械轴向连接代替主滑架和从滑架至平衡杆轴线的回转伺服连接。这个机械互连采用平衡杆自身的轴向旋转以一对一地锁定从和主万向节轭的旋转轴线，这个轴线设计为“俯仰”轴线。其他的机械互锁结构可使用其他已知类型的机械互连来代替一个或多个剩余电子伺服连接，比如齿带、线或绳的组合，它们功能性地连接至齿轮或滑轮，以及线组合，这样能同步主和从滑架之间的万向节轭角度和摇动角度。另外，本发明的机械互锁实施例可采用系杆和/或滑轮互连来互连第二和/或第三水平或垂直旋转轴线，以抵消从属摄像机万向节上方或下方和主滑架万向节下方或上方的配重，并且因此使得剩余的主滑架配重有效地平衡从滑架摄像机、并且允许角度控制，如同主和从滑架在上方和下方互连于单个虚拟中心支柱上一样。这个布置可使用较重的摄像机而无需在从滑架或主滑架对称地配重，并且因此可潜在地降低本发明几乎一半的总重量。另外，本发明的机械锁闭实施例可采用连接于从主中心支柱和从中心支柱的每个横向地延伸的对称曲轴副之间的成对系杆，以同步摇动(高达+/-180°的旋转)。如果适当地在各个主和从万向节上方或下方位移，这种系杆对也能用来同步主和从支柱之间的俯仰角。另外，机械互锁实施例可采用具有轭的单数个系杆，或成对的系杆以结合牙钻型滑轮和线组功能性相连主和副外部万向节轴承圈，从而在没有或最小限制的同步摇动旋转角度的主动和从动端之间同步升高和摇动。采用一个或多个系杆的机械互锁实施例借助一个在手柄结构内结合了一些角度隔离的万向节组件的“主动万向节手柄”可以被熟练控制以及定向。在平衡杆和手柄把手之间可提供一个凹口，当平衡杆发生差不多90°的“俯仰”向上或向下时，该凹口足以容纳系杆的偏移。图1示出了一种现有技术的摄像机稳定支撑系统，已知为斯坦尼康(Steadicam )，布置为摄像机28下置的“低模式”。潜在的镜头高度的最大垂直范围用线29表示。图2提供了典型现有技术的轻重量“背心” I和铰接支撑臂2的正视图，铰接支撑臂2能用来在空间上隔离和支撑本发明的实施例或其一部分。图3示出了本发明的示例性实施例，其布置来为摄像机6获得最大镜头高度。臂2连接至背心I并且升高至其行程限度。臂2借助于在该装置的平衡中心4b处定位于主滑架3和从滑架5之间的杆万向节4a连接至平衡杆4。主滑架3在主滑架万向节3b处连接至平衡杆4。主滑架万向节3b在平衡杆4和中心支柱3a之间提供三个角度隔离度。在图3中，平衡杆4上仰以最大地升高摄像机6。从滑架5在从万向节5b处连接至杆4。从滑架5由伺服马达(例如在图6中示出)定向以复制主万向节3b的位置和角运动。伺服马达响应于基于来自定位于主滑架3处的传感器(例如参见图5)的信息的信号。来自主滑架处的传感器的信号可调制，比如借助于伺服放大器和/或软件。操作者在定位于主滑架5处的监视器8上观察来自摄像机6的远程图像。这里采用的伺服马达作为本发明示例性实施例中的一个示例。其他传感器/马达组合也在本发明的范围内。优选地，传感器/马达的组合可以是闭环控制系统。对于很多情况，期望低振动和低噪音。例如大约3000rmp至大约5000rpm的高速度也是期望的。在本发明的一个示例性实施例中，解决方案在大约1000脉冲/转至大约10，000脉冲/转的范围内。在一个替代实施例中，使用步进马达等，其可减少主滑架和从滑架的运动之间的延迟时间，但是这种马达不是闭环的并且倾向于具有较高的噪音和振动。图4示出本发明的布置用于摄像机6的最小镜头高度的示例性实施例。臂2被压下至其行程下限并且平衡杆4向下倾斜。从滑架5上的摄像机6基于主滑架3的定向在一个方向上指向。在本发明的一个特定实施例中，摄像机6仍然在与主滑架3相同的方向上指向。这通过优选连续地感测主万向节3b和平衡杆4之间的瞬时角度，或者随着主滑架3重新定位而改变的其他空间关系，并且借助于马达，比如伺服马达，(未示出)布置来驱动，来复制所述角度(或其他度量)，从而同步地重定位从万向节5b的元件来实现。主和从部件之间的互连能够是机械的、或电气的。注意到，马达和传感器能彼此硬连线或无线地连接。机械连接能够包括系杆、滑轮、齿轮或类似设备。基于平行四边形的方式连接的机械连杆，比如用于缩放仪中以将第一点的运动转变为第二点的运动的那种，能适用于本发明的实施例中。这能够包括放大或减小从第一点至第二点的运动，或者以一对一的对应关系。附图总体上示出了定位于装置的从动端处的摄像机和定位于主动端处的监视器。在本发明的替代实施例中，摄像机安装于装置的从动端和主动端两处，用于同时拍摄。图4示出了作为具有伸缩夹具4c的伸缩部件的平衡杆4。杆4也可以不能伸缩。图5示出根据本发明一个示例性实施例的主滑架3的更近视图。万向节3b定位于平衡中心3c正上方。平衡装备3e由上部装备7a和包括监视器8的下部装备7b组成。各种其他部件能包括于平衡装备中，比如摄像机CCU (摄像机控制单元)以及相关电池、微波发射器、镜头控制放大器等。非功能性块也能用作配重。操作者的手在位置3d(优选地，尽可能地靠近平衡中心3c)处控制主滑架3的姿态。传感器10、11和12检测中心支柱3a相对于平衡支柱4的角位置(在三个相互垂直的轴线中)。平衡支柱4在其自身的平衡中心4b处由万向节4a支撑。主滑架3可能是例如斯坦尼康(Steadicam )滑架(无论从哪个方面看)，除了其无需包括摄像机(替代地其远程地安装，比如如图4/5所示)之外。主滑架3通过将质量定位于距中心之处的选定距离处而具有角度惯性，并且由万向节3b和臂2隔离操作者的不利运动。优选地，其比如由游标平衡调节来平衡为稍微底部较重，调节至大致水平地悬挂，并且能通过例如在位置3d处操作者的手定向于任何角度方向。装置能构造为允许操作者的手的最轻触摸以定向主滑架3。主滑架3通过将上部和下部的配重装备7a和7b组合以及监视器8选择性地定位于距中心支柱的不同距离处而在摇动、倾斜和滚动的所有三个轴线上具有惯性。传感器10、11和12优选地基本上无摩擦地操作，并且因此不会降低角度稳定性。主滑架3因而可提供能由操作者根据意愿定向的稳定且角度灵活的基准平台，并且从而控制远程定位的从滑架5及连接的摄像机6。即使在平衡杆4升高或横移时，主滑架3也维持其角度定向，并且因此从滑架5和摄像机6也如此，它们因而相应地“摇回”和“倾斜返回”以抵消和降低由于横移和/或升高平衡杆4所产生的角度影响。图6是根据本发明一个示例性实施例的主滑架3的万向节部分3b的放大视图，示出了传感器10、11、12。在这个实施例中，传感器10、11和12彼此间相互垂直地定位，并且每个感测在三个相互垂直的方向之一上的旋转。这些方向可以是例如绕着中心支柱纵向轴线的摇动，绕着与摇动轴线垂直的主滑架万向节轴线的俯仰、以及绕着与摇动和俯仰轴线都相互垂直的平衡杆纵向轴线的滚动。其他传感器定位和自由度包括在本发明的范围内。中心支柱3a和支柱4之间的瞬时角度分解为由三个传感器10、11和12检测的三个相互垂直的分量角度。传感器10记录中心支柱3a和万向节3的摇动轴承座圈的平面之间的角度。传感器11记录轭30的平面和中心支柱3a之间的角度。传感器12记录轭30的平面和支柱4之间的角度。这些检测的角度然后传输至从滑架万向节5b上的相似伺服马达并复制以使得从滑架5上的摄像机同步地指向。从滑架万向节5b和配重装备5c (例如图4所示)用来保持从滑架5和摄像机6在由于伺服马达10、11、12导致的重定位期间的稳定。图7是根据本发明一个示例性实施例的从滑架5的放大视图，其中示出了三个伺服马达14、15和16以及摄像机6和辅助监视器9的位置。响应基于主滑架或其上的部件的运动所产生的定位数据，马达14、15和16连续地控制从中心支柱5d和平衡杆4之间的角度关系，以与主滑架的相对应。其结果是摄像机6—直在与主滑架相同的方向上指向，并且操作者能直觉地摇动、倾斜和滚动主滑架并且借助于主监视器或从监视器9观察预期摄像机运动的完成情况。在本发明的替代实施例中，从滑架处的运动能放大、减小或者与主滑架处的运动具有一对一的对应关系。从滑架和主滑架处的运动之间的关系能是正比例的、反比例的、或者具有由传感器/马达系统构造和/或支撑系统的构造所确定的另一关系。图7示出了马达16，其控制支柱4和从万向节轭31的平面之间的轴向角度。马达15控制轭31的平面和从万向节5上的摇动轴承座圈之间的角度。马达14控制中心支柱5d和前述从轴承座圈之间的角度。在优选实施例中，万向节5b定位于从滑架平衡中心5a处，并且由夹具17相对于支柱5d锁定就位，以使得从滑架5的平衡将是中立的、并且对于平衡支柱4相对于支柱5d的角度没有影响。图8示出本发明的一个示例性实施例，其位置和朝向布置为在操作者正后面上方拍摄。主滑架3指向后面。平衡杆4朝着后面向上倾斜。操作者在主滑架监视器8上观察来自摄像机6的相应定向的远程图像。这种极端倾斜角度会增大配重装备3e的某个部分与杆4之间碰撞的危险，但是这些潜在的干扰易于通过选择适当的身体位置和支柱角度来避免以获得期望的拍摄。由于操作者是走动的，潜在地被装备的某个部件阻塞的摄像机角度经常能通过采用稍微不同的身体位置来避开。图9示出本发明的超延伸的示例性实施例，其包括布置于主滑架3和从滑架5之间的超长平衡杆4。延伸的平衡杆4包括两段23、24。在这个构造中，杆段23从平衡中心4b处的万向节4a延伸至从滑架5。杆段24从万向节4a延伸至主滑架3。通过示例的方式，如果从万向节4a至从滑架5的距离和从万向节4a至主滑架3的距离之间的比值为大约6:1，那么滑架3和5之间的重量比(除去平衡杆可忽略的重量)必须反过来并且为相同的6:1比例。这可通过根据需要在主滑架万向节3b上方和下方增加或移除配重、然后调节臂2的提升动力来实现。一组或多组可选的撑杆36和相关索37能减少或避免平衡杆4的挠曲，从而基本上维持其柱状结构并维持其绕着其纵向轴线的平衡，以及潜在地减少反弹。也能使用其他设备来支撑或增强平衡杆，分离地或者与撑杆和索相结合。材料的适当选择，比如尤其是复合材料或合金，可避免或降低对于这些设备的需要。然而，注意到，在本发明的一些实施例中，平衡杆可以不是柱状的，而是能一定程度上弯曲。图10示出本发明的替代实施例，其中主和从滑架的万向节轭30和31都具有与可旋转“主动”平衡杆18的硬连接19和20，并且因而仍然借助于机械装置轴向地同步。这个实施例具有手柄21，手柄21具有环形轴承21a或其他机构以将手柄和杆18的运动彼此隔离开。由操作者施加以横移和/或升高杆18的力因而不会角度地传递至杆18以及轭30和31，并且主滑架3因而仍然与轴承21a或其他隔离机构基本上角度地隔离，除了仅轻微的轴向摩擦之外。本发明的这个示例性实施例仅需要在主滑架万向节处的两个传感器，以及在从万向节处的两个相应马达，以便在所有三个轴线上互连——一个通过机械装置并且两个通过电子装置。主动平衡杆18可选地具有一组或多组如图9所示的索和撑杆。对于撑杆和索，作为选择或者另外地，平衡重量的夹具38能用来通过将调节重量41定位于主动平衡杆18外面来将平衡杆18围绕其纵向轴线平衡。因而，连接至平衡杆18的夹具轴环39旋转以使得螺杆40指向需要配重的方向。夹具轴环39然后紧固至平衡杆18以使得其不再能绕着平衡杆18旋转。调节重量41然后关于螺杆40向内或向外调节，直到平衡杆18被轴向地平衡。索-撑杆和/或平衡重量夹具38的使用能确保平衡杆18的平衡不会影响主滑架3或从滑架5绕着其重心的明显的独自平衡。图11示出主滑架万向节3a的放大视图，示出轭30借助于轴向硬连接19机械地连接至主动杆18。两个剩余的旋转传感器10和11完成其各自轴线至其从滑架上的配重部分的伺服连接。图12示出图10所示从滑架轭31的放大视图，从滑架轭31借助于轴向硬连接20连接至主动平衡杆18。马达14和15接收例如来自伺服放大器的电脉冲，并根据源自主滑架的传感器输入、同步其相应轴线，以使得摄像机6在所有三个轴线上维持与主滑架相同的角度姿态。图13示出图10所示本发明示例性实施例的用于升高和横移主动平衡杆18的轴向隔离的环形手柄21的放大视图，其中机械连接替代三个伺服连接之一。环形轴承21a防止手柄的强烈横移和/或升高运动对杆18产生角度影响。图14示出轴向隔离的环形手柄21的另一示例性实施例，其中手柄22与手柄21偏移并与之可调节地硬连接，以使得操作者更舒适地产生升高和横移主动平衡杆18所需的运动和力而无需使其手柄位置扭曲以适应于手柄21的瞬时角度。这个实施例还借助于环形轴承21a或其他适合的机构提供手柄21与杆18的环形轴向隔离。图15示出采用各种类型主滑架34和从滑架35的另一硬连接轻重量实施例，这两个滑架都不需要在其各自万向节3b和5b上方或下方的配重，因为第二旋转轴线借助于系杆32硬连接。也能使用其他连接设备，比如，举例来说滑轮和带或线，或互连系线。因此，从滑架35可能仅承载万向节5b上方或下方的摄像机6。主滑架34可能具有较小的配重，或在万向节3b上方或下方不需要配重来平衡整个系统，如同所有块都被布置在单个虚拟的中心支柱上。如图12所示实施例中那样，平衡杆4以及主和从万向节轭30和31具有至主滑架34相对于从滑架35的一个旋转轴线的硬连接。系杆32连接至分别在杆18的从和主滑架端部处的枢转轭33a、33b。主滑架端部和从滑架端部之间借助于系杆32和轭33a、33b的硬连接便于将主滑架34的枢转角度传递至从滑架35。轭被连接至摇动轴承以从与他们相关的中心支柱中隔离轭的旋转。系杆32可选地能包括系杆手动释放弯头32a，以减轻系杆32和操作者的手之间的干扰，比如可能会在例如操作的极端俯仰角度下出现。这也会互锁第二旋转轴线，因此主滑架配重7b和8能用来平衡摄像机6，如同彼此上方和下方地直接安装于单个虚拟中心支柱上，由单个虚拟万向节悬挂。结果是由操作者在手柄位置3d对主滑架34进行的角度控制产生摄像机6在从滑架35上基本上相同的旋转。滑架34和35都不是独立地配重至大致中立的角度平衡，而是滑架34和35、平衡杆4以及枢转轭30、31和33的互连组合提供了如同操作常规单滑架支撑设备(比如Steadicam )的相同感觉，但是具有实现极高和极低镜头高度的额外自由；并且如所示水平地延伸。主和从滑架34、35的各个摇动轴线中的同步能通过传感器/马达装置或者借助于系杆和曲柄(参见图16)和/或带，线和滑轮或齿轮比如扇形齿轮来实现。图16示出根据本发明的一个示例性实施例的不是必须需要电子伺服马达连接的支撑系统，其中多部件系杆同步主和从滑架之间的俯仰运动和受限的摇动。系杆42在系杆万向节43之间延伸，并且因而借助于系杆万向节43刚性地连接系杆支杆46的极端，但是仍然在两个轴线中角度地断开。系杆42因此能同步主和从滑架之间的受限的摇动。系杆释放弯头44能通过防止系杆42和延伸的主和从中心支柱45a、b之间的较早干扰而增大摇动的角度范围。图17示出根据本发明一个示例性实施例的不是必须需要电子伺服马达连接的另一支撑结构，其中齿轮和带与系杆一起操作来同步主和从滑架之间的俯仰运动和摇动。齿轮48和带49与系杆32 —起操作来同步主滑架3和从滑架5之间的俯仰运动和摇动。锥齿轮组50a、b (图18所示)交叉，以经由带49和齿轮48传递施加于主滑架3的摇动。图18提供了图17的示例性实施例的进一步细节，示出了根据本发明一个示例性实施例的主和从滑架之间借助于齿带和锥齿轮的机械互连以实现摇动的同步。主滑架3和从滑架5之间的机械互连的从动端包括摇动控制齿带49以及锥齿轮组50a和50b，它们将施加至主滑架3的摇动运动传递和同步至从滑架中心支柱5d。从滑架系杆轭(其布置于系杆32的端部周围)枢转地连接至延伸的外圈管47(其布置于从中心支柱5d的一部分周围)，并且借助于系杆32也同步主滑架3和从滑架5之间的俯仰角度。图19示意性地示出根据本发明一个示例性实施例的具有布置于平衡杆内的同步部件的支撑系统。平行四边形张力线缆51a、b基本上彼此平行地延伸并且纵向地穿过平衡杆。它们借助于轭52枢转地连接至从和主支撑段中的每个，以使得主中心支柱3a的运动在从中心支柱5d处复制。摇动轴线环形带53在摇动轴线主驱动齿轮55之间延伸，并且借助于皮带换向齿轮54导向到齿轮55上。带53优选地是3-D有齿带。线51和带53中的张力将通过平衡杆4的不可压缩性来维持，平衡杆4由轭30连接至主万向节3b，并且由轭31连接至从万向节5b。注意到为了图示的清楚，这些都没有在图19中示出。图20是根据本发明示例性实施例的可延伸的摄像机支撑和稳定装置的立体图，其中主万向节三个轴线的运动借助于系杆、线以及滑轮在从万向节处机械地复制。平衡杆104在一端连接至主万向节轭130，主万向节轭130连接到主滑架103。杆104的另一端连接至从滑架万向节轭131，从滑架万向节轭131连接至从滑架105。“主动”万向节手柄166借助于主动偏离手柄188 (如图24所示)连接至第三主动平衡杆万向节114。滑轮树156连接至从和主万向节的外圈外壳160。在这个实施例和其他示例性实施例中的主动端可以具有如装置的从动端相同的构造。术语“滑轮树”在此处用来指明用于各种不同的滑轮的支撑托架，其中一些构造如图20-23以及26-28所示。系杆159借助于系杆枢轴端163 (如图21所示)连接至滑轮树156。滑轮树156也提供用于枢转滑轮158以及转向滑轮157的安装，从而确定摇动控制环形线161的路径(例如参见图21)。枢转滑轮连接至与系杆相同的枢轴。枢转滑轮连接至主滑架万向节的外圈。转向滑轮也连接至从和主万向节的外圈。它们接收来自主滑轮的环形线161并改变其方向，例如大约90°，如图21的实施例中所示。系杆159，枢转滑轮158，转向滑轮157，摇动控制线161以及主摇动滑轮162共同地使主万向节三个轴线的角度运动在从万向节处机械地复制。由于系杆159以及平衡杆104形成了功能平行四边形的长边，且主和从滑轮树156形成了功能平行四边形的短边，系杆159用于使主中心支柱101和从中心支柱102的保持彼此基本平行。因此，系杆159形成了在角度运动的三个轴线的第一轴线方向上在主和从滑架之间的机械连接。平衡杆104硬连接至主和从轭130和131，并且由此形成了在角度旋转的第二轴线方向上的机械互连。旋转的第三轴线被提供如下:摇动控制驱动线161通过横跨由滑轮树156以及与它们相关的转向滑轮157和枢转滑轮158所确定的固定的平行四边形的间距，与主和从滑架的主摇动滑轮162相接合且互连。驱动线161沿系杆159延伸，从而在主滑架103的摇动角度位置和从滑架105的摇动角度位置之间确定一个主动的，一对一的关系，如同它们各自的主摇动滑轮162借助于摇动控制环形线161直接连接。注意，如斯坦尼康(Steadicam ) 备的摄像机支撑装置的操作者，典型地，偏爱用“左手”或“右手”操作他们的设备。如图25所详述的以及下面进一步描述的，主动手柄166借助于可移动销167或其他可移动的固定装置可移动地连接至万向节114的外部轴承圈延伸168 (参见图24)。这种布置有益于操作可延伸的摄像机支撑和稳定器，但是它缺少典型地用于斯坦尼康(Steadicam )型万向节的附加的旋转自由度，所以如果摄像机需要布置在此处所示的相反面，在设备连接至铰接支撑臂之前，主动手柄必须重新安装在万向节114的相反面，典型地使用该布置方式。图21是根据本发明示例性实施例的可延伸的摄像机支撑和稳定装置的从动端的立体图，示出了滑轮树、枢 转滑轮、转向滑轮、主摇动滑轮以及与从万向节相关的驱动线的布置方式。滑轮树156连接至从万向节的外圈外壳160。滑轮树156进一步连接至系杆159，枢转滑轮158，转向滑轮157 (示出一个)，主摇动滑轮162以及摇动控制驱动线161。上述部件一起产生了主动和同步连接的从滑架中心支柱102和主滑架中心支柱101 (如图20所示)的各个摇动角度。从万向节轭131及连接的平衡杆104形成了将从中心支柱102的角度与主中心支柱101 (如图20所示)同步的平行四边形的一边。图22是根据本发明示例性实施例的可延伸的摄像机支撑和稳定装置的从动端的立体图，示出了相对于转向滑轮157和主摇动滑轮162的驱动线161的位置。摇动控制环形线161布置于转向滑轮157和主摇动滑轮162的凸缘内，并且其相切于或部分围绕转向滑轮157和主摇动滑轮162。注意，这种几何关系依赖于系杆159，平衡杆104和轭130，131(如图20所示)以及各个主动和从动端滑轮树156之间的平行四边形关系。还要注意，当“平行四边形”升高时，线161相对于枢转滑轮158在从动端的运动基本与它相对于枢转滑轮在主动端的运动相同，并且结果是升高运动，相对于主滑架升高以及压下从滑架，不会引起在平行四边形的任一端的主摇动滑轮162改变它们的绝对或相对角度位置。因而，当借助于系杆159同步时，这样的升高运动可以实现而不影响摄像机的摇动轴线。图23是根据本发明的示例性实施例的从万向节滑轮树的立体图，示出了可选择的振动控制托辊组件。万向节滑轮树156具有附接的托辊组件164以抑制或消除影响中心支柱102,其各个外圈外壳160,和/或滑轮树156的振动。相对于设备的主动端的中心支柱101也可以有相似的构造。万一中心支柱101或102以及万向节外圈外壳160之间的摇动轴承间隙，由连接螺钉连接的滑轮树156，将产生相对于中心支柱102的角度位置的振动，例如从垂直方向上的振动。托辊组件164在中心支柱102上施加单向压力并且占据在一个方向上的运动。在托辊轴182上旋转的托辊165允许中心支柱102和滑轮树156无振动的相对旋转。提供了连接螺钉布置在其中的狭缝184。狭缝结构允许托辊组件被放松并且安装托架186的位置可朝向或远离中心支柱102调节，从而使得托辊165在其上施加期望的压力量以抑制或消除振动。图24是根据本发明的示例性实施例的“主动”万向节手柄组件166。主动万向节手柄便于横移和升高控制以及臂的定位，如果必要，允许另一只手只需要灵敏地控制角度。横移运动，例如一般为整个设备的横向扫描运动，以及升高运动，一般为引起平衡杆倾斜的运动。万向节轴承144的外圈延伸168优选地通过可移动安装销167连接至主动手柄偏离支撑托架188。通过操作者的手旋转接触主动手柄把手169，施加压力在偏离支撑托架188上，例如通过手指和拇指，直接使得主动平衡杆104围绕手柄把手169的中心线轴190升高。枢转轴承通过枢转间隙170允许把手169从臂支柱支架171中隔离，以围绕轴192旋转。铰接臂通过支柱，该支柱优选为可旋转地接合臂支柱插孔194，可固定至万向节手柄组件166，从而使得平衡杆104借助于例如通过手和手指/拇指施加在把手169和偏离托架188上的压力，也可被“横移”(围绕臂支柱的轴196旋转)。图25是根据本发明示例性实施例的图24的主动万向节手柄166的侧视图，示出了在偏离支撑托架188内的凹口 198的功能，当中心支柱104旋转期间，该凹口 198可容纳在不同高度的系杆159的进入。所示系杆159位于附图标记172a和172b标记的两个位置。在本实施例中，偏离支撑托架188内的凹口 198围绕其纵向轴贯穿主动平衡杆104大约80°的旋转，容纳系杆的进入。旋转度可在位于从动端的摄像机的一定角度移动内获得，例如，有时，当向上倾斜80°时。图示的系杆位置172b示出了处于一个与平衡杆104隔离的系杆的极端的位置——例如，平衡杆为水平的且各个主和从中心支柱为垂直时。图示的系杆位置172a示出了位于相对面的极端的位置(以及进入偏离支撑托架188内的凹口 198)——当平衡杆类似旋转时，但是升高至大约65°的斜线，且主和从中心支柱仍然基本垂直。可以看出，贯穿这些高度和平衡杆倾斜的极端的系杆位置在手柄支撑托架188的偏离的凹口198内依然充裕，并且没有受到限制，或减少这些常见的操作方法的限制，例如，必须利用根据本发明实施例的可延伸的摄像机支撑和稳定装置的空间和角度的灵活性。进一步地，枢转中心线190优选地正好横穿万向节114和主动平衡支柱104的共有中心，因此不会引起升高偏离，从而借助于手-定位把手169保持在任意高度倾斜不变。主动平衡杆104围绕臂支柱轴196的横移旋转通过关于轴旋转把手169被影响。例如，轴通过轴承装置与位于支撑臂端块200的臂安装支柱一致，从而影响旋转。优选地，臂为铰接平衡臂。注意，如图20所公开的，主动手柄166借助于可移动销167硬连接至外圈外壳160。典型地，操作者偏爱于斯坦尼康型组件的“左手”或“右手”操作。斯坦尼康(Steadicam )万向节通常具有一个附加的旋转自由度，这里仅需通过关于臂支柱的旋转获得。结果是手柄166具有与平衡杆104的固定的角度关系，如此从和主滑架不能容易地交换到相反面，简单的关于手柄枢轴旋转平衡柱180°将引起两个滑架颠倒。因此，比方说从左手操作转换为右手操作通过“装卸(docking)”整个可延伸摄像机组件来完成,将摄像机从臂上拆卸，移除安装销167，在相反面上重新安装手柄166，以及然后通过臂安装支柱再一次安装组件。图26是可选择的振动控制托辊树组件的另一个示例性实施例的透视图。托辊树组件174包括转向滑轮托架175，支架支撑179 (在本示例中为管或实心圆柱体支柱)，具有托辊202的托辊体178，以及托辊体门176，此处通过示例所示的是处于它的闭锁位置，为了与主滑架万向节210相关联。注意，可延伸支撑和稳定装置的从动端采用了相同或类似的组件。一般地，“托辊树”是用于各种滑轮和振动缓冲组件的支撑系统。优选地，托辊树连接至主滑架万向节外壳。转向滑轮托架175连接至万向节外圈160，例如通过安装螺钉204，并且构成托辊树组件174的底座。支架支撑179铰接在托辊体门铰链177上，支撑托辊树门176。托辊树门铰链锁紧螺钉206在闭锁位置上固定托辊体门176，由此相对于中心支柱101定位托辊体178。托辊树组件174，由此能准确定位枢转滑轮158和系杆枢转端163至中心支柱101的垂直中心线的任意一侧，并且保持位于万向节轭枢轴208上方的选定的距离。托辊树组件174，包括多个托辊202 (在本实施例中可以看见3个中的2个)，其直接或间接地连接中心支柱101，同时允许它的自由旋转并相对于枢转滑轮158和系杆枢转端163控制中心支柱101的轴向位置时。由此，中心支柱101和系杆枢转端163之间的振动以及系杆159所引起的振动，例如通过如在主动万向节210中的轴承运动，被减小或消除。采用如图23所示的托辊组件还可以通过迫使相关中心支柱定向至可用的摇动轴承间隙的一个极限来减少这种振动，但是由于轴承不被允许悬挂在其正常中心，预安装的条件，可能产生额外的摩擦。采用本实施例的托辊树组件174可相对于系杆端轻巧地固定相关中心支柱(本图中的101)的角度，并允许其保持基本居中的、预安装方向。图27是根据本发明示例性实施例的具有处于打开位置的门176的托辊树组件174的相反面透视图。由于门177打开，托辊树组件174可移除。门176可通过第一拆卸铰链锁紧螺钉206以及门铰链锁紧螺钉204关于铰链177旋转。当装置处于操作位置时，门铰链锁紧螺钉204插入螺孔212内，以固定托辊树组件174至万向节外圈外壳160。从图27中可以看出，托辊树组件174可整体移除，以便于打包和运输。图28示出了本发明的另一个示例性实施例，可以减少或消除相对于万向节、与中心支柱的运动有关的振动。在本实施例中，第二万向节216分别在万向节210或214上方、围绕中心支柱101和/或102布置。优选地，下部的和上部万向节都连接至共有的内圈218，由此设定上部的万向节216相对于下部万向节210之间的距离，并且保持一致的平行四边形结构。如果两个系杆159包括于可延伸支撑和稳定装置中，第一系杆可连接至第一万向节轭枢轴163ab、且第二系杆可连接至与第一万向节轭枢轴163a相对的第二万向节轭枢轴163b。在本发明可替换的实施例中，单个系杆以与下部万向节轭和平衡杆之间的连接相似的方式连接至轭。摇动控制环形线在下部万向节处围绕主摇动滑轮布置，或在上部和下部万向节之间围绕与内圈管相关的相似的滑轮布置。可实现从滑架和主滑架之间的运动的期望的复制的各种滑轮的布置方式都在本发明的范围内。现存的斯坦尼康型系统可用这里所描述的改型的各种滑轮和系杆系统，包括振动控制设备，被适应或改型。例如，围绕中心支柱布置的万向节内圈可开槽以容纳滑轮线，从而用作主摇动滑轮，或处于此目的，现存的内圈被替换为开槽的内圈。能够增加具有各种滑轮的滑轮树，如枢转和转向滑轮。图29是具有外圈延伸304、附接的弹性垫306a，b, c, d以及用作枢转轴的钻孔308(如图30所示)的第三万向节外圈302的隔离透视图。第三万向节外圈可围绕平衡杆或围绕平衡杆布置的套管布置。图30是透视图，示出了图29的第三平衡杆万向节外圈302可操作地连接主动手柄支撑托架组件312，并且关于枢转轴314旋转进入与支撑托架312相关的角度偏离位置，使得一个弹性垫306a与支撑托架324相对地被压缩，由此限制其间可能的角度偏移。相对的弹性垫306b处于未压缩状态。优选地，偏移被限定在大约±10°。这种弹性缓冲的结果是，通过支撑臂段(未示出)的大量运动(mass-1n-motion)传递至臂支柱支架316的极小的、不期望的角度运动不会传递至外圈302，由此也不会传递至贯穿其布置的平衡杆以及任何相关设备，如摄像机。由把手218的运动所传递的故意的、显而易见的角度输入，无论如何将导致平衡杆的适当的升高和横移。图31和32示出了图30的外圈302和支撑托架组件312。图31示出了具有相关弹性垫306的外圈延伸304中的一个。如图32所示的偏离支撑托架组件312包括枢转轴314和与外圈302上的钻孔308相接合的轴承组件。图33和图34示出了主动手柄组件320的透视图，具有外圈302枢转至相对偏离支撑托架组件312的凸缘延伸324压缩弹性垫306a，由此相对于凸缘延伸324限制外圈302的角度偏移。在图34中，偏离支撑托架组件312为透明的，以示出其与弹性垫306a，b，外圈延伸304以及枢转轴314和相关轴承组件的关系。主动万向节手柄320与图24和图25所示的主动万向节手柄166类似，除了手柄320提供了与传递至臂支柱插孔316的小的、无意的运动的附加的角度隔离。传递至把手318的显而易见的、有意的角度运动通过传递至外圈302的相关角度运动被严密的及顺利地复制。但是，传递至主动万向节手柄320的无意的、小的角度运动通过枢轴314的隔离动作以及包含在支撑托架凸缘324内的弹性缓冲器306被抑制和平衡。类似主动万向节手柄166，主动万向节手柄320包括具有用以容纳系杆的凹口区域322的偏离支撑托架组件312。图35示出了根据本发明示例性实施例的手柄组件400。手柄组件400包括具有外圈402和内圈(未示出)的万向节组件，相关平衡柱套管404，平衡杆贯穿平衡柱套管布置。此处使用的“外圈”指的是围绕轴承外圈旋转的所有部件。平衡杆套管404固定连接至内圈，因此可转动地连接至外圈。手柄组件设置为功能性地连接至且纵向可滑动地布置在平衡杆上。万向节外圈402朝向手柄支撑托架的邻近端固定连接至手柄支撑托架406。优选地，该连接基本没有运动。手柄支撑托架406借助于如部分由部件418所示的延伸可连接至外圈402。手柄支撑托架406进一步地连接至手柄把手408。具有末端和邻近端的臂支座托架410在它的邻近端，朝向手柄支撑托架406的邻近端可转动地连接手柄支撑托架406。臂支座412可转动地连接至臂支座托架410的末端。弹性部件414关于臂支座托架410和手柄支撑托架406功能性地布置，以限制托架彼此之间的转动并缓冲相关运动。所示弹性部件414为弹性带，但是也可以说各种其他类型的部件，如基于弹簧的机构或基于橡胶的行程限制缓冲器。通常，臂支座托架410与手柄支撑托架406之间的转动被限制为大约±20°。将转动限制为对于应用的一定的量或可期望的量，并且消除或缓冲运动的极端的硬停止的机构是合适的。该机构也不应干扰需要进入凹口 416内的系杆。臂支座托架410与手柄支撑托架406之间旋转的示例性范围包括大约±30° ;以及大约±30°。总之，该范围在托架的每一边近似等分。如图35所示的示例性设计包括万向节旋转接头的两个垂直的轴420，422，这两个轴会合于平衡杆的近似中心。例如，平衡杆位于所示“夹具管”(平衡杆套管)内。图36-40示出了根据本发明的示例性实施例的可延伸的稳定装置的一部分。除了取代系杆159，线从主动端延伸至从动端以促进运动的复制，所示结构与图21和28所示的类似。适用于用在装置的从动端和主动端的滑轮树500，包括周围围绕布置着环行线的滑轮系统。这些线和滑轮与设置在平衡杆510和万向节装置514上的附加的线和滑轮一起在从动端复制摄像机或其他有效载荷的主动端的运动。图41和42示出了包括示例性装置的主动端(第一端)和从动端(第二端)的装置。图36A示出了具有基本垂直于中心支柱540的平衡杆510的可延伸的稳定装置的一部分。图36B示出了图36A的手柄和臂安装部分的放大图。图36C示出了图36A的滑轮树部分的放大图。图37示出了也具有基本垂直于中心支柱540的平衡杆510的可延伸的稳定机构的顶视图。图38示出了可延伸的稳定装置的一部分，其中平衡杆510从位于支点542的水平位置向上枢转至向上偏移的最大值或接近最大值。图39示出了可延伸的稳定装置的一部分，其中平衡杆510从位于支点542的水平位置向下枢转至向下偏移的最大值或接近最大值。图40为通过万向节装置514的可延伸的稳定装置的剖视图。环行线508被布置于枢转滑轮504A和转向滑轮502A之上，并且然后部分环绕位于面向相对的滑轮树一侧上的主滑轮506。然后，线508向上传送并越过枢转滑轮504B以及转向滑轮502B。环行线508从每个滑轮504A、504B向从动端延伸。需要注意的是，如图38所示，当平衡杆510关于支点542从水平位置“向上”枢转时，线508提升滑轮504A、504B。这种线结构与图26所示的类似。需要注意的是，由于没有系杆与线和滑轮系统一起工作，滑轮504A、504B可以位于比图26所示的更低的位置。在从动端，线508以类似于主动端的方式围绕从动滑轮。可以理解的是，所使用的具体的滑轮和线系统可以变化，以使所需的运动复制被实现。这通常包括整个主动端运动范围的均匀复制。沿着平衡杆向上和向下延伸的环行线508被置于两个滑轮512A、512B的下方，滑轮512A，512B位于沿着平衡杆布置的万向节装置514。另一个万向节装置538连接平衡杆510至中心支柱540。如图41和42所示，还有另一个万向节装置548连接平衡杆510至另一个中心支柱550。轮轴516通过滑轮512A、512B布置，且安装至万向节的内圈536。环形线508通过万向节内圈536布置，由此限制或避免平衡杆510关于其纵向轴的旋转的约束。优选地，万向节装置外圈的内部尺寸为大约3英寸至4英寸。线508所通过的、位于平衡杆510和内圈536之间的间隙优选为3/8英寸。如下所述的附加线也通过该间隙。两根附加线518A、518B分别直接或间接地固定至圆弧520A、520B，例如，在点522A、522B处固定。点522A大体上指向或位于圆弧520A的底部，以及点522B大体上指向或位于圆弧520B的顶部。张力调节装置，例如图43所示的卷轴530B，可以被包括在线518A、518B的末端。卷轴530B在临近相对于线518B所需的附着点的圆弧520B的“顶端”，被示出。用于线518A的张力调节卷轴可位于相对于线518A的所需附着点的圆弧520A的底部。优选地，张力调节装置位于装置的从动端。圆弧520A、520B具有处于轭544的支点处542的中心。优选地，每个圆弧520A、520B具有基本相同的半径。优选地，位于装置的相对端的圆弧的半径彼此之间以及与圆弧520A.520B具有基本相同的半径。线518A、518B布置于圆弧520A、520B的外部边缘的沟槽中。然后，线518A越过圆弧滑轮526A延伸，并且线518B在圆弧滑轮526B的下方延伸。圆弧滑轮526A、526B被安装至平衡杆510，并且优选地，分别边缘对边缘地紧靠圆弧520A、520B，由此线518A、518B从圆弧520A、520B的外部边缘内的沟槽中延伸至圆弧滑轮526A、526B的外部边缘的沟槽。然后，线518A、518B沿着平衡杆510延伸，通过万向节内圈536。线518A、518B将从临近万向节的滑轮528A、528B的下方通过。在本发明的典型实施例中，滑轮512A、512B、528A、528B都在轮轴516上，且滑轮528A、528B布置于滑轮512A、512B之间。如图41、42所示，线518A、518B以类似于或相同于主动端、或者以类似于或相同于主动端的方式通过环绕位于从动端的滑轮系统。线518A位于或接近位于从动端的相对的圆弧的底部结束，且线518B位于或接近位于从动端的相对的圆弧的顶端结束。线518A将越过位于从动端的圆弧滑轮延伸，如果其在主动端也这样的话，且线518B将在位于从动端的圆弧滑轮的下方延伸，如果其在主动端也这样的话。如图36-40所示的以及如上所述的布置与系杆结构比较，可以消除对平衡杆围绕其纵向轴的旋转范围的限制，因为当线508、518A、518B通过万向节装置514时，很少或没有一点干扰。该布置还可以允许手柄位置的扩大选择。万向节轭532可枢转地连接至万向节外圈524。臂柱安装支架5 52从万向节轭532延伸。如图36A-B，38和39所示，手柄546优选地从万向节外圈524延伸。在之前所描述的系杆布置中，该侧面延伸的手柄可能阻碍旋转。手柄和柱安装支架也可以连接至单独的旋转部件，如图10所示。从图15中可以看出，源自万向节的突起会干扰系杆32。相反地，从图36可以看出，这样的突起不会干扰线508、518A、518B，由于线都布置于万向节装置514的里面。此外，当平衡杆通过第三万向节的旋转与水平位置成角度时，从动和主动端达到或临近极高或极低的高度，平行四边形的系杆易于振动。通过以如图36-43所示的圆弧和滑轮结构代替系杆，该振动可以被减少或消除。线508、518A、518B优选无弹性的、轻质材料,例如聚乙烯纤维(Vectxan )。以下
属性中的一些或所有可呈现于本发明的实施例中，加入或替换这里所述的任意特征:.一种用于轻重量摄像机的简单、廉价、紧凑的身体或车辆支撑的安装件，其能在任何方向上延伸为距操作者一定距离并且达到从“地板至顶板”的镜头高度，而没有对延伸的摄像机的不适当使用而是具有直觉、准确、本地、三轴线的角度控制；.延伸的可达范围和角度灵活性以使得能进行稳定的拍摄，其优选地包括对摄像机的不受限制且直觉的角度控制，以及从操作者位置的较大横向和垂直位移； 身体安装的摄像机稳定设备连续的垂直运动范围，避免了低模式托架、低模式转换；.多段的伸缩支柱，其能是加长的，以便于高镜头高度，以及低模式下的超低镜头高度，“倾斜”轴线中的角度惯性没有变得与“摇动”轴线中不变的角度惯性相比不适当地大，以提供不那么笨重的设备来操作，并且其保持角度灵活性以及稳定性； 身体安装的“辊笼”摄像机稳定设备的功能性和角度灵活性中结构简单且电子地不复杂的改进，其无需昂贵、水平感测、集成陀螺仪和钟摆的计算机来保持摄像机的水平姿态；.远程定位的摄像机头的三轴线角度控制，而无需升高或横移长的滑架中心支柱；·.与常规杆安装的摄像机支架相比角度灵活性提高，因此它们能以直觉的精度远程地摇动和倾斜(和滚动)，而不是借助于笨拙且非直觉的“操纵杆”(其固有地不会“摇回”)来控制；.与常规杆安装的摄像机支架相比角度稳定性提高，因此甚至在激烈的动态运动期间，也能提供水平且稳定的拍摄，并且仍然便于操作者精确地控制； 与常规延伸杆安装的摄像机支架相比角度控制提高，因此它们自动地“摇回”(意味着在杆水平地横移或垂直地“上升”时，摄像机的角度姿态不会相应地改变)，并且因此更易于始终如一且精确地“指向”远处目标；.“杆安装的”摄像机，其能选择性地摇动和倾斜超过360°，而不会在拍摄中看到其自身的本地支撑结构； 用于极轻摄像机芯片/镜头组合的支撑系统，比如举例来说，重量小于I磅，其仍然能通过较大较重结构的角度惯性稳定化； 摄像机支撑和操作系统，其提供了极低和极高的镜头位置，但是不需要拖延的身体努力以完成这些拍摄；.一种支撑系统，其具有完全隔离的惯性稳定性，但是适合于伺服控制主滑架(可选地没有摄像机)和微型从滑架的瞬时角度姿态之间一对一的主/从关系，连接的轻重量摄像机分别安装于其间延伸平衡杆的极端处；.轻重量视频摄像机的角度和空间控制的远程便利性，借助于稳定且可重复并且不会在极高/极低升高或横向延伸处增加另外的角度惯性的装置； 连续的“上升”范围(动态垂直运动的范围)，其允许镜头随意地从“底板至顶板”升高，并且水平地横移，而不会对主滑架施加任何角度干扰；.主滑架中心支柱与连接的平衡杆的瞬时动态三轴向关系在相对于从滑架的中心支柱及其相关摄像机的另一端处大致一比一地复制，因此其与平衡杆较长轻重量端的角度关系将连续地模仿主滑架与杆的较短重端的关系；.从滑架上的摄像机所产生的图像经由主滑架上常规定位的监视器发现第一视图；.借助于另外监视器发现的第二视图，所述另外监视器用作从滑架的配重以及在操作者的注意力必须集中于从滑架附近以留意任何障碍物时观察图像；.小型紧凑的摄像机头，其能穿过小开口，但是保留本地独立的摇动/倾斜/滚动能力；并且甚至能从移动车辆内部移动到外面进行滑流而不会将任何风振动传递至隐蔽在车辆内的主滑架的稳定质量；.同时控制两台摄像机:主滑架上一个以及可选地从滑架上在延伸平衡杆远端处较小的一个，以使得后者的角度方向“从属于”前者，并且操作者能同时进行，举例来说，宽景和近景的拍摄；.用于增加轻重量杆段、或“超支柱”伸缩段、或动态伸缩段的模块构造，以使得摄像机能从走动的操作者超延伸高达20英尺或更多，但是仍然保持稳定、直觉地控制以及自动“摇回”和“倾斜回”，用于在超长平衡杆升高和横移时始终如一地指向；以及.在平衡杆上延伸的从摄像机的远程控制，而无需在从动端本地配重摄像机的重量，因而便于使用较重的摄像机。本发明还包括使用和制造这里所述设备的方法。已经描述了本发明的各个实施例，每个具有元件的不同组合。本发明不限于所公开的具体实施例，并且可包括所公开元件的不同组合，以及不包括一些元件的具体实施例。虽然本发明特别适用于摄像机，但是本发明也可以用于支撑、瞄准、定位和/或稳定其他类型的设备和工具。本发明已经通过示例性实施例被描述，附加的优点及修改对于本领域技术人员是可以想到的。因此，本发明在更广泛的方面并不限制于所示具体的细节和本文的描述。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行修改。因此，本发明并不限于具体的示例性实施例，而是通过后附的权利要求和他们的等同物的全部精神和范围内被解释。
权利要求
1.一种有效载荷的支撑系统，其包括: 具有第一端和第二端的平衡杆； 具有第一轭的第一万向节装置不可转动地连接至平衡杆的所述第一端； 具有第二轭的第二万向节装置不可转动地连接至平衡杆的所述第二端； 第三万向节在平衡杆的平衡中心处连接至平衡杆，使得平衡杆在其内旋转，以提供第一和第二轭之间的第一角度连接； 一个或多个第一部件块由第一万向节装置连接至平衡杆第一端，并围绕平衡杆第一端平衡； 一个或多个第二部件块由第二万向节装置连接至平衡杆第二端，并围绕平衡杆第二端平衡；以及 用于在第二万向节处复制第一万向节的运动的机构，其中该结构包括: 在第一端功能性地连接多个滑轮的环行线，以及在第二端的多个滑轮，使得第一万向节的运动在第二万向节以第一自由度被复制，以及其中环行线在第一端和第二端之间的两个方向上通过第三万向节的内圈； 布置于第一端的第一主要圆弧和第二主要圆弧； 布置于第二端的第二次要圆弧和第二次要圆弧； 与上述四个圆弧的每一个功能性地相互配合的多个圆弧滑轮； 第一线，固定于第一主要圆弧的下端，沿第一主要圆弧的外部边缘布置，并且围绕圆弧滑轮通过，且进一步沿着第一次要圆弧的外部边缘延伸，并且固定于第一次要圆弧的下端; 第二线，固定于第二主要圆弧的上端，沿第二主要圆弧的外部边缘布置，并且围绕圆弧滑轮通过，且进一步沿着第二次要圆弧的外部边缘延伸，并且固定于第二次要圆弧的上端; 其中第一线和第二线通过第三万向节的内圈；以及 其中第一线和第二线在第二万向节处以第二自由度复制第一万向节的运动。
2.按权利要求1所述的有效载荷的支撑系统，其中用于在第二万向节处复制第一万向节运动的机构包括: 连接至第一万向节的外圈外壳的第一滑轮树； 连接至第二万向节的外圈外壳的第二滑轮树； 其中多个滑轮中的一部分位于每个滑轮树上； 第一中心支柱布置于第一万向节的内圈内； 第二中心支柱布置于第二万向节的内圈内； 轮轴连接至第三万向节、且具有多个滑轮； 其中第一主要圆弧和第二主要圆弧布置在第一滑轮树上、且第一次要圆弧和第二次要圆弧布置在第二滑轮树上； 其中圆弧滑轮包括布置于平衡杆上且分别接近比邻第一主要圆弧和第二主要圆弧的第一主要圆弧滑轮和第二主要圆弧滑轮，以及布置于平衡杆上且分别接近比邻第一次要圆弧和第二次要圆弧的第一次要圆弧滑轮和第二次要圆弧滑轮； 第一线，其固定于第一主要圆弧的下端，沿着第一主要圆弧的外部边缘布置，围绕第一主要圆弧滑轮，进一步围绕在第三万向节上、且位于第三万向节内圈的内部的滑轮，进一步围绕第一次要圆弧滑轮，进一步沿着第一次要圆弧的外部边缘，并且固定于第一次要圆弧的下端； 第二线，其固定于第二主要圆弧的上端，沿着第二主要圆弧的外部边缘布置，围绕第二主要圆弧滑轮，进一步围绕在第三万向节上、且位于第三万向节内圈的内部的滑轮，进一步围绕第二次要圆弧滑轮，进一步沿着第二次要圆弧的外部边缘，并且固定于第二次要圆弧的上端； 其中第一线和第二线在第二万向节处以第二自由度复制第一万向节的运动。
3.一种有效载荷的支撑系统包括: 连接至权利要求1中所述的支撑系统的铰接臂。
4.一种平衡和使用装备的方法，其包括: 提供如权利要求1的有效载荷的支撑系统； 在第一端处将多个第一部件块相对彼此平衡； 在第二端处将多个第二部件块相对彼此平衡； 将平衡杆围绕其纵向轴线平衡； 围绕平衡杆将第一部件块相对于第二部件块平衡；以及 移动第一万向节装置，从而在第二万向接头节中复制这个运动，同时维持多个部件块的大致平衡。
5.根据如图36-43所不的任一实施例的有效载荷的支撑系统。
6.按权利要求5所述的有效载荷的支撑系统进一步包括此处公开的任何元件。
全文摘要
一种用来定向和使用远离操作者定位、并且以稳定方式支撑的装备的支撑系统。该支撑系统包括具有分别连接至主滑架和从滑架的主动端和从动端的平衡杆。该系统包括在从滑架处复制主滑架的运动的机构。该复制机构包括与通过中心万向节的内圈的线相配合的一系列滑轮和圆弧部件。
文档编号G03B17/56GK103091943SQ20121042614
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月30日 优先权日2011年11月3日
发明者加勒特·W·布朗 申请人:加勒特·W·布朗