(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端部と先端部とを有するロードアームであって、前記基端部に設けられた回転軸を中心に回動可能なロードアームと、
第一の端部と第二の端部とを有する弾性部材であって、前記第一の端部が前記ロードアームの先端部に取り付けられた伸縮可能な弾性部材とを具え、当該弾性部材によって、前記ロードアームの先端部にかかる負荷をリフトするためのリフト力が提供される力発揮装置において、
第一の方向に、前記弾性部材の第二の端部の位置を調整する第一の調整機構と、
前記第一の方向とは異なる第二の方向に、前記弾性部材の第二の端部の位置を調整する第二の調整機構とを具え、前記二つの調整機構の組み合わせにより、前記回転軸を通る鉛直線の外側および内側に、前記弾性部材の第二の端部の位置を設定することができ、
前記第一の調整機構は、
前記回転軸を中心に回動可能なシャフトと、
前記シャフトの長手方向に沿って移動可能なキャリアであって、前記弾性部材の第二の端部が連結されたキャリアと、
前記第一の方向を前記シャフトの長手方向として、このシャフトの長手方向に前記キャリアの位置を調整することで、前記第一の方向に前記弾性部材の第二の端部の位置を調整するネジ部材とを含み、
前記第二の調整機構は、
前記第二の方向を前記シャフトの回動方向として、このシャフトの傾きを前記ロードアームの回動動作に応じて動的に変化させることで、前記第二の方向に前記弾性部材の第二の端部の位置を調整し、それによって前記弾性部材の発揮するリフト力を変化させる力修正装置として機能するカムまたはクランクリンク機構を含むことを特徴とする力発揮装置。
【請求項２】
請求項１に記載の力発揮装置において、
前記ロードアームと平行に配置されて、前記ロードアームの回動に連動して回動する第２アームをさらに具え、
前記クランクリンク機構が、リンク部材を含み、前記リンク部材の一端が、前記シャフトに連結され、前記リンク部材の他端が、前記第２アームの回動軸から離れた位置で前記第２アームに連結されていることを特徴とする力発揮装置。
【請求項３】
請求項１に記載の力発揮装置において、
前記ロードアームと平行に配置されて、前記ロードアームの回動に連動して回動する第２アームをさらに具え、
前記カムが、前記第２アームと一体的に回動するように設けられ、
前記シャフトに、前記カムに追従するカムフォロアが設けられていることを特徴とする力発揮装置。
【請求項４】
請求項１に記載の力発揮装置がさらに、
平行四辺形リンク機構を具え、前記ロードアームが前記平行四辺形リンク機構の１節を構成することを特徴とする力発揮装置。
【請求項５】
請求項１に記載の力発揮装置がさらに、
当該力発揮装置を移動式装置として動作させるために、当該力発揮装置を移動させる手段を具えることを特徴とする力発揮装置。
【請求項６】
請求項１に記載の力発揮装置において、前記調整機構の一又はそれ以上が電動であることを特徴とする力発揮装置。
【請求項７】
請求項１に記載の力発揮装置において、前記調整機構の一又はそれ以上がコンピュータ制御されることを特徴とする力発揮装置。
【請求項８】
請求項７に記載の力発揮装置がさらに、検出した入力に応答して前記調整機構の一又はそれ以上を制御するコンピュータプログラムを具えることを特徴とする力発揮装置。
【請求項９】
請求項１に記載の力発揮装置において、前記調整機構の一又はそれ以上が前記ロードアームから離れた位置にあるフットペダルによって手動で制御されることを特徴とする力発揮装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の力発揮装置において、前記第一及び第二の調整が比例することを特徴とする力発揮装置。
【請求項１１】
装置の力発揮方法において、
請求項１に記載の力発揮装置を提供するステップと、
前記第一の調整機構により、前記弾性部材の第二の端部の初期の位置を調整するステップと、
前記第二の調整機構が、前記ロードアームの回動動作に応じて、前記弾性部材の第二の端部の位置を初期の位置から動的に変化させ、それによって前記弾性部材の発揮するリフト力を変化させるステップとを含むことを特徴とする装置の力発揮方法。
【請求項１２】
基端部と先端部とを有するロードアームであって、前記基端部に設けられた回転軸を中心に回動可能なロードアームと、
第一の端部と第二の端部とを有する弾性部材であって、前記第一の端部が前記ロードアームの先端部に取り付けられた伸縮可能な弾性部材とを具え、当該弾性部材によって、前記ロードアームの先端部にかかる負荷をリフトするためのリフト力が提供される力発揮装置において、
前記ロードアームの回動動作に応じて前記弾性部材の第二の端部の位置を動的に変化させ、それによって前記弾性部材の発揮するリフト力を変化させる力修正装置を具え、
前記力修正装置が、
前記回転軸を中心に回動可能なシャフトであって、前記回転軸から離れた位置に前記弾性部材の第二の端部が連結されたシャフトと、
前記ロードアームの回動動作に応じて、前記シャフトの傾きを動的に変化させることにより、前記回転軸を通る鉛直線に対する前記弾性部材の第二の端部の位置を動的に変化させるカムまたはクランクリンク機構とを含むことを特徴とする力発揮装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の力発揮装置がさらに、前記弾性部材の第二の端部の位置を初期に設定するための一又はそれ以上の付加的な調整装置を具えることを特徴とする力発揮装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の力発揮装置が、第一の方向に前記弾性部材の第二の端部の位置を調整するための第一の初期セットポイント調整装置と、前記第一の方向と異なる第二の方向に前記弾性部材の第二の端部の位置を調整するための第二の初期セットポイント調整装置とを具えることを特徴とする力発揮装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の力発揮装置において、前記調整装置の少なくとも一つがネジ山を設けた調整機構であることを特徴とする力発揮装置。
【請求項１６】
請求項１２に記載の力発揮装置がさらに、
平行四辺形リンク機構を具え、前記ロードアームが前記平行四辺形リンク機構の１節を構成することを特徴とする力発揮装置。
【請求項１７】
請求項１２に記載の力発揮装置がさらに、
当該力発揮装置を移動式装置として動作させるために、当該力発揮装置を移動させる手段を具えることを特徴とする力発揮装置。
【請求項１８】
請求項１３に記載の力発揮装置において、前記調整装置の一又はそれ以上が電動であることを特徴とする力発揮装置。
【請求項１９】
請求項１３に記載の力発揮装置において、前記調整装置の一又はそれ以上がコンピュータ制御されることを特徴とする力発揮装置。
【請求項２０】
請求項１３に記載の力発揮装置において、前記ロードアームから離れて位置するフットペダルによって前記調整装置の一又はそれ以上を手動で制御することを特徴とする力発揮装置。
【請求項２１】
請求項１４に記載の力発揮装置において、前記第一及び前記第二の調整が比例することを特徴とする力発揮装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
この出願は、自動調整平衡サポート装置と題された暫定出願第60/672,186号、出願日２００５年４月１５日、優先権を主張する。
【０００２】
この発明は一般的に装置のサポートに関するものであり、特に映画用カメラもしくはビデオカメラと共に使用する移動式の装置に関する。
【０００３】
移動式フィルムカメラもしくはビデオカメラは、スムーズで、高品質な画像を得るために通常角度的に、又空間的に安定していることが必要である。Steadicam（登録商標）ポータブルカメラのスタビライズ装置は、テレビや映画産業では事実上標準のものとなっており、オペレータによる安定した移動性のビデオ撮影や映画撮影を可能にするため開発されたものである。本発明者の米国特許第4,017,168(Re.32,213)号,第4,156,512号と第4,474,439号はそのような安定化装置に関するものである。
【０００４】
スプリング動力による“平衡”平行四辺形アームは、数十年間、照明器具、X線装置、歯科機器のようにペイロードをサポートし、位置決めするために用いられている。これらのアームは角度や位置を維持するために多かれ少なかれ摩擦に依存している。なぜなら現存のスプリングの形状は平行四辺形リンクの角度の偏位全体に、適切もしくは一貫したリフトを必然的に提供するものではないからである。しかしながらSteadicam（登録商標）は、オペレータの好ましくない空間的移動からカメラを分離するために、浮動したカメラペイロードにほとんど摩擦のないサポートを提供し、さらには、ほぼ完全に平衡したサポートアーム用のスプリング構造を要求する。これは、平行四辺形の偏位の最も低い点から最も高い点へのほぼ一定の正の浮力により、ジンバルカメラアセンブリの固定重量に反するものである。
【０００５】
平衡アームのファクタ中でこの目的を達成するための適切なバネ定数を確定する式は、式Ｋ＝Ｐ／ｄとなる。ここで、Ｋはバネ定数、Ｐは負荷、ｄは平行四辺形に組み込まれており上方へ動かすリフト三角形の高さである。上記式で特定された定数のスプリングが三角形の一辺に配置されると、それが適切な力を生成して、特定の重量を動作の垂直範囲の全体を通して正確にリフトする。この特性は“アイソエラスティシティ（iso-elasticity）”と呼ばれる。
【０００６】
いずれの形成されたリフト構造も、ここに述べる主構に従って用いることができ、また広く“リフト三角形”と呼ばれるものに代用できることに留意すべきである。一つの三角形や構造側部への言及は動的構造であることを必然的に意味するものではないことにも留意すべきである。
【０００７】
しかしながら、標準的な平行四辺形アームの全偏位を通し一貫して負荷をリフトするためには、上記式に示されるバネ定数は、それらが作動する対角線の最大三倍の長さのスプリング構造を要求する。本発明者の米国特許第4,208,028号と第4,394,075号は、スプリングを直列のチェーン状の三つのスプリングセグメントに分け、平行四辺形リンクの端部のプーリを介したスチールケーブルによって相互に連結させることで、独自にこの課題を解決している。これは、全スプリングを伸長、収縮させることを可能とし、まるで一つの連続したスプリングのように対角線にわたって直列に集合した力の総和を与えている。
【０００８】
実際には、軽量のカメラのサポートが一連のスプリングの張力の緩和を必要とする場合、バネ定数は減少した負荷にとって不適切となり、アイソエラスティシティは妥協することが明らかとなった。その結果、アームを荒く「調整（‘ride’）」する傾向となり、負荷に対して好ましい正の浮力はその縦方向の偏位の一の領域でのみ有効であった。その上、この三つのスプリングへの分解は、複雑かつ高価であり、多数のプーリや強固なケーブルを必要とするものであった。
【０００９】
本発明者の米国特許第5,360,196号（以下、特許‘196という。）は単一で定数が大きいスプリングを動力とするアームを開示しており、対角線にわたるケーブルを通して様々なプーリやタックルを介した力を利用し、そうすることにより、有効定数が上記式によるアイソエラスティシティに適することになる。このアームは、アイソエラスティシティを提供するのに必要なバネ定数を妥協することなく、平行四辺形リンク内のスプリングケーブルの接続部を上下させる（従ってリフト三角形の高さや効率は増減する）という新しい方法で、アームのリフト強度を調整している。同式Ｋ＝Ｐ／ｄは、適切なリフト三角形の高さのみが運搬重量に比例して増減する場合、アイソエラスティシティの特性が維持されることを示している。実際、特許‘196でクレームされている技術を具体化したアームは、差動プーリの‘ギア比’によりいくらか摩擦があることが明らかとなった。アイソエラスティシティが近くなるほど、アームの動きはリフト位置の高低側の両極端でより不規則となった。平衡サポートアームの上下する角度が水平面から５０°を越えると、その正確な動作は負荷・トルク・摩擦及びその旋回軸の全体のベアリング公差の微少な変化にさらされることになる。
【００１０】
本発明者の上記特許の継続特許である、米国特許第5,435,515号(以下、特許‘515という)はアイソエラスティシティを達成するために複雑かつ高価な‘三スプリング’方法に戻っているが、スプリング形状のリフティング効率を選択可能に減少させることによって偏位の高低両極端で予測可能な動きを達成しようとした。これは、アイソエラスティシティの度合いをわずかに減少させるため垂直位置から角度をつけて変位した平行四辺形内のラインに沿って上下することができるスプリング端部の軌道の調整可能なオフセットによってなされた。このラインの角度は固定されたものであるが、その側部の変位のみを調整することができ、その結果、スプリングの終点が下がるにつれて、その変位で最も必要とされるリフト効率を減少させるのではなく、不適切に増加させることになった。
【００１１】
必要なことはサポートアームの平行四辺形の対角線距離内に実際に固定することができる単一のスプリングを使用可能とした上で、負荷をアイソエラスティックに平衡化することができる手段である。又、最も低い側から最も高い側への平行四辺形の位置の全偏位を通して、負荷を予測可能に、摩擦なしで平衡に保つアームも必要とされる。
【００１２】
従来のSteadicam（登録商標）タイプのアームは全て、特に一定の負荷下でアイソエラスティシティを達成するアームは、極端に高い角度もしくは低い角度における不規則で、予測不可能な動きを避けるため、アームの垂直移動を最大値もしくは最小値におよばない程度に任意に規制することを必要としていた。アイソエラスティシティの制御の度合と同等に、角度が水平から６０°以上もしくは以下近くになるにつれて、平行四辺形アームは予測不可能に強制的に閉じる傾向がある。アームは通常、「動作」し、高い及び／又は低い偏位において、任意に「動作を停止」するものと同様の特性をもつ。
【００１３】
従って、「バンパ」を制限することが、これら平衡アームの当初からの特徴である。スプリング形状が「アイソエラスティック」となるほど、これらの極度の垂直偏位においてアームがますます不規則にリフトする傾向にある。これは、一つにはアーム平行四辺形に対して様々な角度で取り付けられたカンチレバー、ジンバルペイロードによって生じるトルクを予測できないほどに変える結果となる。その結果、高い位置もしくは低い位置で、動作の停止もしくは‘中央をこえて’急傾し制御できない傾向となり、そして様々なバンパの形状が、いくつかのケースでは、水平から４５°程度に移動を制限する。そのような平行四辺形ではリフト可能な極端な角度はどのような場合にもなく、従って、アームのリフトの移動範囲は縮小される。さらに、バンパは多かれ少なかれ突然に「衝突」し、そしてさらには、オペレータがそれらに近づくことは危険であり、サポートアームの実用性は更に限られてしまうこととなる。必要なことは、一般的レベルのアイソエラスティシティの実用的な制御であり、そして、さらに、アームの偏位の極端な高低角においてスムーズで予測可能な動作を提供するリフトの幾何学的形状にわたるいくつかの追加的な自動制御であり、それは中央をこえて衝突、強打、投げ出され、動作の停止となる前に、徐々にアームの力を下げることによってなされる。
【００１４】
出願人は、以前、特許‘515において‘オフセット’の概念を開示しており、そして、結果的に、アームの偏位を通して有効定数を一様に変化させ、対角線内に固定するのに十分短いスプリングを使って補正した定数の効果をシミュレートをするために、垂直面の「外側」にアームを固定して設置した（この概念は‘フライヤ’アームとして成功して市場で販売されている）。しかしながら‘フライヤ’アームの制限は、極端に高い側のリフトで明らかであった。また動作曲線が不規則であった。
【００１５】
平行四辺形はほぼ±８０°に近くなることが可能であるが、先述の問題点によりこれらの角度ではこれまでは使用することができなかった。それにもかかわらず、これらの極端な上下側の位置で利用できるようにするために様々なバンパの機構が用いられたのである。
【００１６】
さらに必要とされることは、リフト曲線を公式化し平均し、「中央をこえて」急激に動いて極端な高低側で動作が停止する傾向を避けることである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明はカメラの安定装置用の平行四辺形平衡サポートアームの分野を対象とするものである。本発明の実施形態は、二つの異なる固定された調整を提供することができ、テンショニングアセンブリの終端と、残りの構造との形状関係への自動的な、好ましくは偏心した一つの調整を提供することができるテンショニングアセンブリを具える。前記構造は、適切な寸法の弾性部材によって一定のリフト力を提供するためのサポートアームを具えるが、適切な「バネ定数」を必ずしも必要とはしない。この調整は、テンショニングアセンブリの終点の仰角、及び／又は、構造に対する横方向の関係を変えるステップを具えることができる。この自動的な調整はさらに平行四辺形の偏位を通る動きに対応した横方向の関係の周期的な変更を具えることができる。
【００１８】
第一に、本発明の実施形態の一態様では、サポートアーム用のリフト力を提供する力発揮三角形及び／又はリフト三角形が、ペイロードを適切に平衡とするために角度をバイアスするように、可変角度で旋回可能に連結した長辺と短辺を、旋回可能に三角形のもう一つの辺を形成する弾性部材とともに具える。リフト三角形の効率は、二つの方法で高めることができる。１）垂直に対して最適なオフセット角度にリフト三角形の短辺を旋回させることによって、及び２）リフト三角形の長辺の上昇又は下降に応じて垂直面を追加で動的に角度変化させることによるものである。
【００１９】
本発明のもう一つの例示的な実施形態では、平衡にされる負荷を増減するために、リフト三角形の旋回する短辺のラインに沿って弾性部材の終点を選択可能に上昇あるいは下降させる。上記調整１と２による総量の角度に沿って、旋回可能な短辺の長さが徐々に長くなるもしくは短くなる。
【００２０】
本発明の実施形態はさらに、三角形の頂点を通る垂直ラインに対する短辺の弧状の調整を提供して、弾性部材のバネ定数が不適切な場合であっても、一貫してリフトするための有効定数、従ってリフト効率を変更するようにしている。
【００２１】
本発明の更なる実施形態は、頂点での三角形の長辺の旋回に対して直接的又は間接的に作動するカムやリンク機構によって、垂直ラインに対して付加的に動的に変化する弧状の調整を具える。
【００２２】
本発明の特別な実施形態では、代替的に、追加の動的調整の量が、リフト三角形の長辺に対する固定点もしくは調整可能な点を中心としたカムの円形状の大きさ又は形状の選択によって制御される。調整量や調整が行われるアームの偏位の位置は、主としてカムの形状やピボット点の配置に依存する。
【００２３】
本発明の更なる実施形態では、追加の動的調整の量は、リフト三角形の長辺に固定的にもしくは調整可能に連結した点で旋回するクランクシャフトによって制御される。
【００２４】
本発明の更なる実施形態では、追加の動的調整の量は、リフト三角形の長辺と固定的にもしくは調整可能に連結した点で旋回する選択可能な長さのターンバックルによって制御される。
【００２５】
本発明の更なる実施形態では、可能な最も軽量で最大のねじり剛性を提供するため、チャンバのある押出材を用いて平行四辺形リンクとエンドブロックを形成する。
【００２６】
本発明の更なる実施形態では、新たなターンバックルの形状を具えることによりピボット間のラインから離れ、そして本発明の実施形態で使用されるエンドブロックから外れて配置した従来のターンバックルと調整ノブにより可能であったよりも互いにさらに近いピボットを提供している。
【００２７】
本発明の実施形態は、平行四辺形の位置に対するスプリングオフセットを能動的に調整するための方法を提供してその範囲全体を通してリフトが選択可能に適切であるようにする。それゆえおよそ±７０°範囲では、これらの最も極度の偏位を抑止し制限するためには最も単純なバンパーで十分である。（従来のアームはリフトの偏位の重大な減少を起こし、オペレータからそれぞれの装置の重量を軽減するために、人間の腕の完全なリフト幅を（どのアームが動作するのかも一緒に）模倣したアームに実用性の問題を避けるため５５°程度の範囲に制限されている。）
【００２８】
説明的な実施形態では、スプリングオフセットの能動的な調整は、大体、平行四辺形の横のリンクに沿った傍のピボットの外側のクランクピボット軸により行われ、そしてクランクアームは、軸を中心に旋回し、ベアリングシャフトを平行四辺形の内部へおよび内部から遠ざかる方向へ旋回させるが、通常、隣接したエンドピボット間の垂直なラインの外側を旋回して、最も低い位置から最も高い位置の平行四辺形アームの瞬間的な角度に対応して弾性部材のリフト効果がを動的に変化するようにする。
【００２９】
クランクは、アイソエラスティシティとリフト曲線を組み合わせた調整を提供するターンバックルとすることが可能であり、同時に、スプリング終点オフセットと、高角度を超過せず（アームの動作が停止する）低角度で不十分とならない（同様にアームが「中央をこえて」推し進められ動作の停止の状態となる）リフト力の「能動的な形状」に対するカムの効果の積極性を同時に調整する。
【００３０】
本発明の実施形態は、平行四辺形サポートアームと連結して動作するリフト三角形に関するものであり、実質的に垂直な短辺、長辺と、可撓性のある弾性部材であって最も鈍角の形状から直角をなす形状を経てさらに最も鋭角の形状へと、その拡張もしくは収縮が（平行四辺形に連結した）辺の頂角を旋回可能にバイアスする弾性部材から成るもう一つの辺から構成されている。
【００３１】
リフト三角形の長辺は平行四辺形の一辺に隣接し、もしくは平行であることが好ましい。
【００３２】
弾性部材の選択した定数がアイソエラスティシティのための式Ｋ＝Ｐ／ｄに合致しなくても、アイソエラスティシティを名目上みたしているように、短辺の角度は、平行四辺形の近傍の大体垂直な辺（三角形の頂点を通る垂直なラインに対して）に対して角度をつけて可変に固定することが好ましい。
【００３３】
平行四辺形アームが可撓性のある弾性部材によってバイアスされる場合、カム、クランクシャフトリンクなどによって、垂直に対して「短い」辺の角度は、付加的、能動的に制御されてもよい。動的制御がないときの内在する角度と比較して、リフト三角形が最も開いた状態、閉じた形状に近づく場合に、短辺と長辺に内在する角度が減少するように、この動的制御が弾性部材の終点位置を変化させる。弾性部材の有効終点の動的な偏位は、弾性部材の有効バネ定数の能動的な変化に影響し、従って平行四辺形の偏位が従来使用できなかった極度へと近づいた場合に、予測可能な一貫したリフト力を提供する。
【００３４】
さらに、カムやクランクシャフトリンク機構の周期的な動きは選択可能に固定された寸法であるように構成され、そしてアイソエラスティシティが一般的水準にセットされると、スプリング終点オフセットの動的調整が同時に基礎となる輪郭を示すことができる。アイソエラスティシティを変化させ、全体として困難なもしくは滑らかな「調整」を提供する傾向がある従来の方法とは対照的に、本発明の実施形態の動的方法は、更に、リフト三角形が高低の位置に近づいたときに、それぞれリフトの能動的な増減をきわだたせる。実際には、リフト三角形が平行四辺形サポートアームリンケージに組み込まれた場合、カムの有効中心もしくはクランクシャフトのピボット位置は適切に関連しており、その角度がアームの偏位を通してリフト三角形の「長い」辺に平行になるようにトップリンクによって動かされる。
【００３５】
本発明の従来の実施形態では、オフセットの量対アームの偏位の角度（水平から±７０°）としてカムもしくはクランクの動きがグラフにプロットされ、結果的にほぼ放物線となる。
【００３６】
本発明の実施形態は、適切な定数を有しないスプリングを使用することができる（リフト三角形の内側と同様に外側へ可変的にオフセットする）カメラの安定装置用調整可能なアイソエラスティックサポートアームを提供する。
【００３７】
また、本発明の実施形態は、異なる重量のカメラをサポートするための調整とは実質的に無関係に、サポートアームに設定されたアイソエラスティシティの形状の変化を能動的に提供するカメラの安定装置用の調整可能なアイソエラスティックサポートアームを提供する。
【００３８】
本発明の実施形態は、拡張及び伸縮可能な一体型の弾性部材であって、一端が平行四辺形のピボットと共通していることが好ましいピボットに装填された湾曲していることが好ましい部材に沿って選択可能に上下できる弾性部材により上方へバイアスされた平行四辺形リンク機構を具えるカメラの安定装置用サポートアームを具えることによって、直前の２段落に記載した特徴を提供する。カム、クランクシャフトリンク機構などによって、弾性部材の終点軌道は付加的に弧状に固定的にも動的にも調整することができ、弾性部材の取り付け位置を平行四辺形の縦方向の辺に対して内側及び外側に動かして、弾性手段の効果的なリフト力を動的に変更できるようにしている。不規則なカムの形状もまた意図されており、特に適切なアームの動作を作り出すためのリフトプロファイルの輪郭を示す本発明の範囲内である。
【００３９】
本願発明に一致するサポートアームに詳細に関連する実施形態を示すために、詳細な記述と図を後述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１、２は、安定した映画フィルムやビデオ画像を得るために発明者が独自に考案した従来技術のサポート装置を示す図である。この装置は、“Steadicam（登録商標）”の商標の下で販売されている。図に示すようにこの装置のサポートアームは、一端をコネクタヒンジブラケット１０６に旋回可能に連結した一対の平行上側アームリンク１０２、１０４を具える。この上側アームリンク１０２、１０４の他端は、上側アーム中間ヒンジブラケット１０８に旋回可能に連結されている。第二の一対の平行フォアアームリンク１１０、１１２がフォアアーム中間ブラケット１１４とカメラサポートブラケット１１６との間に旋回可能に連結されている。カメラ装填用ピン１１７がカメラサポートブラケット１１６に設けられている。
【００４１】
上側アーム中間ブラケット１０８とフォアアーム中間ブラケット１４は、ヒンジ１１８によって、一方の側に沿って互いに回転可能に連結されている。コネクタヒンジブラケット１０６はその中央において下側サポートヒンジプレート１２０の一端に回転可能に連結されている。この下側サポートヒンジプレート１２０の他端は、ピン１２３によって固定サポートブロック１２２に回転可能に連結されている。スプリング１２１は、その中を通ってピン１２３が延在しており、下側サポートヒンジプレート１２０を時計回り方向にバイアスしている。
【００４２】
引張スプリング１２４の一端は、上側アームリンク１０２の端部に連結されており、このリンクは上側アーム中間ヒンジブラケット１０８に旋回可能に連結されている。引張スプリング１２４の他端は、上側アームリンク１０２に回転可能に連結しているプーリ１３０の上および周囲を通るケーブル１２８の一部によって引張スプリング２６の一端に連結されている。引張スプリング１２６の他端は、上側アームリンク１０４に回転可能に連結しているプーリ１３６の上および周囲を通るケーブル１３４の一部によって引張スプリング１３２の他端に連結されている。引張スプリング１３２の他端はコネクタヒンジブラケット１０６近傍の上側アームリンク１０４の端部に連結している。
【００４３】
同様に、引張スプリング１３８の一端は、カメラ装填ブラケット１１６傍のフォアアームリンク１１０の一端に連結されている。引張スプリング１３８の他端は、フォアアームリンク１１０に回転可能に連結しているプーリ１４４の上および周囲を通るケーブル１４２によって引張スプリング１４０に連結されている。引張スプリング１４０の他端は、フォアアームリンク１１２に回転可能に連結しているプーリ１５０の上および周囲を通るケーブル１４８によって引張スプリング１４６の一端に連結されている。引張スプリング１４６の他端は、フォアアーム中間ヒンジブラケット１１４傍のフォアアームリンク１１２の端部に連結されている。
【００４４】
サポートブラケット１１６で支持されているカメラなどの重量は、引張スプリング１２４、１２６、１３２と１３８、１４０、１４６により生じる上向きの力が、結果的には重力と反対に作用するので、重力を越えて自由空間にある物体として作用する。この重量は、他の影響を受けるまでは直線上に動き、同じ角度を保つ傾向にある。この結果、サポートアームが高い側、低い側もしくは両側で使用される場合、三次元形状という点で、上側アームリンク１０２、１０４はユーザの上腕に大体一致し、フォアアームリンク１１０、１１２はユーザの前腕に大体一致する。
【００４５】
図３は本件発明者のさらに最近の従来技術を示す。これは必要とされる調整を実施するためのテンショニングアセンブリ２７０を示す。この目的を達成するために、８個の一連のトラニオン２７１、２７２が、図式化して示されており、これはサポートアーム部分（明確化のために図示せず）の平行四辺形構造のベアリング部分（ピボット）を規定している。第一のスプリングセグメント２７３の端部は、符号２７４においてアーム部分の下側リンクに固定的に連結されている。第一のスプリングセグメント２７３の反対側の端部は、プーリ２７５を介して、第二のスプリングセグメント２７６に直列に連結している。第二のスプリングセグメント２７６は、斜軸プーリ２７７を介して、第三のスプリングセグメント２７８に直列に連結している。第三のスプリングセグメント２７８は、始点を構成するキャリアブロック２８０において終端している。
【００４６】
キャリアブロック２８０は、ポスト２８２を介してキャリアブロック２８０に接合しているピン２８１によって支持されている。偏心ピン２８１は最も左のトラニオン２７１に接する平面と垂直に交差するライン２８３から（たとえば５°）オフセットしていることが好ましい。キャリアブロック２８０は主ネジ２８４によって偏心ピン２８１に沿って（上下に）駆動される。調整ノブ１８５は、主ネジ２８４を回転させ、それに伴いテンショニングアセンブリの起点の有効高さを直線的に変化させるために設けられている。また、調整ノブ２８６は、ウォーム２８７を回転させるために設けられている。ウォームは、ウォームギア２８８を回転させるように作動する、つまり、偏心ピン１８１を回転させるよう作動する。これはキャリアブロック２８０用に規定された軌道を横方向に移動させて、適切に起点を変化（移動）させるように作動する。
【００４７】
本発明の実施形態は、従来可能であった角度よりもさらに傾いた鋭角で負荷を平衡とすることができる。図２０に示す実施形態では、ロードピボット３１２の周囲を旋回可能なロードアーム３０２を具え、第一の力発揮構造３２８の第一の側部を提供する力発揮装置３００を具えることによって達成される。「三角形」という単語がこの中でしばしば使われるが、たとえば三角形状からはみ出した構成部品や、様々な接続部、又は付加的構造面が連結されているので、力発揮構造の実際の形状は本来の三角形状からやや変化したものであってもよい。ロードアームに取り付けられた第一の端部３１６と第二の端部３３２を有する弾性部材３１４は、終点３１８に取り付けられており、ロードピボット３１２から離れて、力発揮三角形の第二の側部を形成する。力発揮三角形３２０の第三の側部は、終点３１８からロードピボット３１２に延在している。本発明のこの実施形態では、終点を一以上の方向に調整できる。本発明の例示的な実施形態では、第一の調整機構は力発揮三角形３２８を移動させて、力発揮三角形３２８の第三の側部３２０の長さを変える。第二の調整機構は、第一の調整により形成された方向以外の一方向に終点を移動させる。本発明の実施形態では、第二の調整方向は第一の調整方向に対し実質的に垂直である。これら二つの調整機構の例は、図５、図７でＤｘ、Ｄｙによって示されているが、“ｘ”と“ｙ”記号が意味するように垂直である必要はない。この二つの調整を最適に選択することによって、ロードアーム３０２がロードピボット３１２の周囲を旋回するときに、終点３１８の位置が、ロードピボット３１２を通る実質的に垂直なライン３２２と交差するようになる。これは、終点が垂直ラインと交差しない従来技術の機構に比べて、ロードアームが旋回する偏位を全体にわたって平衡形状を変えるものである。一回の調整で、二つの別の調整機構と同様のことができるように留意すべきである。さらに、第三の調整機構を設けて他の調整機構によって作られた移動面の外側へ終点を移動させることができる。
【００４８】
ターンバックルもしくはその他のねじ山を設けた調整機構を、少なくとも一つの調整をするために用いてもよい。他の調整機構は本発明の精神と範囲内にある。調整量は個別に増加するようにしてもよく、もしくは、一連の数値範囲に及ぶようにしてもよい。
【００４９】
もう一つの実施形態は、ロードピボット３１２の周りのロードアーム３０２の動作に応じて、終点３１８の動的変動を作り出す第三の三角形の辺３２０に機能的に連結した力修正３０４装置を具えることにより、追加の平衡能力を提供するようにしている。力修正装置はたとえばクランクシャフトやカムであってもよい。力修正装置は、ロードアーム３０２が移動すると力発揮三角形３２０の第三の辺を垂直ライン３２２へ向ける、及びこのラインから離す。終点３１８の移動量と、ロードアーム３２０の偏位内において終点がどこへ移動するかはカムの中心点の位置と形状によって制御される。このように終点の動きは、従来技術と比較して様々な位置に終点を位置させ、そして弾性部材３１４の長さと終点によって生じる力の分布が、３１８の端部の位置が動的に修正されない従来技術に比べて異なるようにしている。力修正装置によって生じるこれらの変化によって、本発明のサポートアームを、より望ましい方法で、アームの偏位を従来技術と比較してはるかに大きなものにする。今では、大きく傾き、鋭角な状態で負荷を平衡させることが可能である。
【００５０】
互いに「連結している」と記載されている部品には、連結型の部品が使用されているような直接的な連結や間接的な連結が含まれる。
【００５１】
ロードアーム３０２が上方もしくは下方へ偏位を通って旋回すると、弾性部材３１４が伸張もしくは収縮し、それによって特定のレートで発揮する力が変化する。このレートはロードアーム３０２の偏位に沿って特定の位置に力修正装置を配置することによって修正できる。力修正装置は極端な偏位、すなわち正負９０°方向もしくは正負９０°近くの偏位ではこの変化の速度を減速することが望ましく、これによって、動作の停止や急傾を減らしてその動作をスムーズにする。本発明のある特定の実施形態においては、力修正装置によって、たとえば不規則な形状のカムを使用することによって終点の異常運動が生じる。  
【００５２】
力発揮装置はロードアーム３０２が平行四辺形の一辺であるように旋回する平行四辺形構造を具えてもよい。そのような二つの平行四辺形は、旋回可能に連結して屈曲可能なもしくは旋回可能な力発揮装置を形成することができる。平行四辺形ではない形状の力発揮装置を互いに連結してもよい。
【００５３】
力発揮装置は、ロードアーム３０２を移動式装置として動作させるための移動可能なキャリアに接続する接続機構を具えてもよい。
【００５４】
固定調整機構は電動でもよく、コンピュータ制御されるものでもよい。コンピュータ制御システムは、検出した入力に応答して一つ以上の調整をするプログラムを具える。この一つ以上の調整機構は、たとえばフットペダルのように、アームから離れた構成部品によって手動で制御するようにしてもよい。
【００５５】
第一、二の調整をコンピュータ制御することができる。
【００５６】
本発明には物体に力をかける方法も含まれる。ここに記載されているような力発揮装置が提供される。終点を調整して、力発揮三角形の第三の辺の長さを変化させ力発揮三角形のリフト力を変化させる。終点は第一の調整方向に対して実質的に垂直である一の方向でさらに調整されて、ロードアームがロードピボットの周囲を旋回すると、終点の位置がロードピボットを通る実質的に垂直なラインと交差して、ロードアームの旋回する偏位の少なくとも一部分にわたって平衡形状を変えるようにする。本発明のある特定の実施形態では、この方法に、第一及び第二の調整が均衡するように終点を調整する方法が更に含まれる。本発明の他の実施形態においては、この方法に、ロードピボット周りのロードアームの動作に応じて終点を動的に変動させる方法が更に含まれる。
【００５７】
さらに本発明の実施形態において、力発揮装置は動的な終点の調整を具えるが、初期のセットポイントの調整はいくつかのアプリケーションでは必要とされないこともあるため、これは必ずしも必要ではない。たとえば、力発揮装置が追加的な負荷が加えられることのない一定の負荷を有する特定の製品に使用される場合、初期のセットポイントは工場で設定され、調整機能は不要である。もちろん、一つ以上の追加のセットポイント調整機構があることが望ましく、これは本発明の範囲内である。一般に、力修正装置は、ロードアームの動作に基づいたロードピボットを通る実質的に垂直なラインに対する弾性部材の終点の位置を動的に調整し、これによって、弾性部材の発揮する力を変化させる。上述したように、動的調整は偏心させてもよい。二つの初期の終点調整をもつ実施形態について記載した他の特徴は、初期の終点セットポイント調整が用いられているかどうかにかかわらず、動的調整の特徴と供に用いることができる。  
【００５８】
図４は、平行四辺形サポートリンク機構内に組み込まれたリフト三角形ＡＢＣの二つの位置を図式化して示している。弾性部材４０３は、ここではリフト三角形ＡＢＣとして示されている力発揮三角形の一辺を形成している。それゆえ、弾性部材４０３はここでは引張スプリングとして示されている。この図では、辺４０１の両端は固定辺４０５と接触しており、スプリング接触点４１９は点Ａとピボット４２６の間の直線上に位置している。図に示すように平行四辺形４０２、４０４、４０５、４０６の可能な偏位全体にわたって正確に重量がつり合うようにするためには、テンショニングアセンブリは式Ｋ＝Ｐ／Ｄｙ（Ｋ＝バネ定数、Ｐ＝負荷、Ｄｙ＝側部４０１の高さ）によって特定されるバネ定数が必要である。仮に非現実的に高いバネ定数や辺４０１に非現実的に低い値が用いられた場合は、図に示すように引張スプリングは利用可能な斜辺距離ＢＣ内のみに取り付けられる。（例：Ｐ＝４０ ｌｂｓの場合、側部４０１の長さが２５インチであればスプリング率１６０ｌｂｓ／ｉｎｃｈは正確に重量につり合う。）仮に辺４０１の長さが増加した場合、Ｐの重量がこれに比例して必ず増加して、三角形ＡＢＣのリフト力と平衡が保たれる
【００５９】
図５は、スプリングの端部の高さを調整し、辺５０５からオフセットするための例示的な機構を図式化して説明するものであり、さらに、上記式Ｋ＝Ｐ／Ｄｙによると不適切であるが他の理由で有用な定数のテンショニングアセンブリを用いて負荷Ｐを平衡にするための新しい方法を図で示す。テンショニングアセンブリは、例えば、別の方法では必要とされる大きいバネ定数や低アスペクト比なしで、平行四辺形の斜め空間内に適合するように特定されたものでもよい。仮にスプリング５０３の終点５１９が、辺５０２、５０４、５０５、５０６によって形成される平行四辺形の辺５０５傍の外側に移動する場合、ほとんどの場合リフト力は効率が悪くなり、平行四辺形が図に示す水平姿勢から上方や下方へ移動することとなる。これは近似平衡を提供するために技術的に知られていることである。本発明の実施形態は、リフト三角形の高さの変化に比例させる方法で、このオフセットを調整可能に変化させる機構を紹介している。ピボット点Ａで辺５０１（軌道５１８）を弧状に旋回させるためのノブ５１６により調整されるＤｘ主ネジ５１４によって、スプリング終点の可能な軌道５１８は辺５０５を延長したライン５２１から角度的に偏位し、従って、ここでは垂直に示されている辺５０５に対してスプリング終点５１９をオフセットさせる。さらに、Ｄｙ調整ノブ５１５は、三角形ＡＢＣのリフト力を増減させるために主ネジ５１３を回転させてスプリング終点軌道５１８に沿ってスプリング終点５１９を上下させる。
【００６０】
図６は、角度θの全ての値において負荷を確実に平衡にすることができるようにリフト三角形の力を更に均一にするため、一般的なサーキュラーカム６２２とフォロワー６２３の使用を導入した本発明の実施形態を示す図である。これを達成するため、カム６２２は固定点からオフセットした中心６１７でリンク側部６０６に固定され、カムフォロワ６２３はブロック６１１に固定されている。ブロック６１１は、主ネジ６１３によってスプリングキャリア６１２に調整可能に固定されているベアリングシャフト６０９に固定されており、平行四辺形の偏位に応じて瞬間Ｄｘオフセット６２４を動的に変化させるように（スプリング終点６１９の高さに比例して）、点Ａの周りをブロック６１０とともに旋回する。（符号６１９と点Ａとの間の直線はリフト三角形の辺６０１を規定しており、また、Ｄｙ距離も規定している。）２０°から最大１６０°までの平行四辺形（辺６０２、６０４、６０５、６０６）の偏位に対応したカムフォロワ６２３の周期的な動きは、これらの角度に対するプロットが概略放物線である場合は、一連のＤｘオフセットを提供する。（本発明の実施形態のこの態様についての図と式についての図１６と図１７を参照）平行四辺形ピボット６２６とカムセンター６１７との間の距離が長くなり、カムの形状全体の半径が小さくなるほど、プロットされた放物線は急傾となり、従って、負荷Ｐを予測通りに平衡にする実質的な制御が今までできなかった平行四辺形が２０°から７０°程度の高低の角度θに達する場合に、Ｄｘオフセット６２４へのカムの影響はさらに極端なものとなる。アームはアーム上側に弾性部材を具える形状で示されているが、完全な装置では逆にすることができる点に留意すべきである。
【００６１】
図７は、Ｄｘのある変数値（Ｄｙの高さに比例していることが好ましい）であって、図６のカム６２２にその影響を追加した本発明の他の実施形態を示す。Ｄｘ調整ノブ７１６はＤｘ主ネジ７１４を回転させることにより、ベアリングシャフト６０９に対するカムフォロワ６２３を調整可能に位置させてスプリング終点６１９のオフセット６２４の値を定める。その値は角度θの平行四辺形の辺６０６の偏位によって駆動するカム６２２の作用によって瞬間的に増減する。
【００６２】
本発明の実施形態は中心をこえて急傾し動作が停止するような典型的な問題をクランクの長さの単に短縮させることによって解決できるように、極端に高い側／低い側（例えば±７０°のような）においてアームの動作を制御するものである。これは同時に、カム効果のオフセットを減らし、ラディカリティを増やして、アームが±７０°に達すると、Ｄｘを減らす。
【００６３】
図８ａは図６、７のカムを、リンクピボット８２６から距離２０にある、リンク８０６の延長上に固定的にオフセットされるリストピンピボット８１７を有するクランクリンク機構８２５に置き換えた本発明の他の実施形態を示す。角度θの高低間でのピボット８２６周囲の平行四辺形リンク８０６の動きは、弧状の軌道８２８を通ってクランクピボット８１７を動かし、従って外側のクランクピボット８２３を通して作用するクランク８２５が、ブロック８１１を動かし、図６、７のサーキュラーカムおよびフォロワと同様の効果を生じさせ、さらに、平行四辺形の偏位に応じて８２１に対しスプリング終点８１９のＤｘオフセットを動的に変化させる。カムの配置と同様に、クランクリンク機構によって生じる動きは偏心させることができる。この代替は、ピボット点Ａの周囲で弧状となり、側部８０１の高さ（Ｄｙ)に比例することに留意すべきである。図に示す最良の実施形態では、スプリング終点軌道８１８が点Ａを通らないことに留意すべきである。スプリング終点軌道８１８は交差点８２７でライン８２１と交差する。これは、主ネジ８１３によってＤｙの距離ｌが小さくなると、選択されたバネ定数で上述の式（Ｋ＝Ｐ／Ｄｙ）により減少した負荷Ｐを平衡にする大まかな位置で、Ｄｙがゼロとなる前に名目上のＤｘ値を負にする。バネ定数が大きくなるほど、平行四辺形リンク機構の実質的に垂直な辺に近づいた垂直ラインの「外側」へ向けてオフセットがより一層変化する。
【００６４】
図８ｂは、図８に示す実施形態の詳細を示す図であり、キャリア８１２と主ネジ８１３に沿って囲んだベアリングの位置を調整するように縦方向に主ネジ８１３を固定しているトップベアリングブロック８１１内の圧入ナット８２９を示す。リンク８０６の位置が高低の角度θの間を移動すると、ピボット８２６の周囲の軌道８２８を通るピボット８１７の円形偏位によってDxオフセット距離８２４が瞬間的に変化し、クランク８２５によって点Ａの周りのベアリングシャフト８０９の角度を能動的に旋回可能に変化する。オフセット８２４において生じた瞬間的な変化は、調整可能に固定された辺ｌ（Ｄｙ）にも比例する。
【００６５】
図９は、図８ａ乃至図８ｂのクランクを様々な長さのターンバックルアセンブリによって置き換えた本発明の実施形態を示す。ターンバックルを短縮することは、２倍の効果がある。：それはＤｘ値を減らし、同時に、平行四辺形の移動において極端に高低のある角度θでターンバックル９３２を具えたクランクリンク機構のカムの効果をより基礎的なものにする。本発明の他の実施形態では、リンク９０６の中心線に対してターンバックルリンクピボット９１７を固定的に上下させることで、ピボット９１７とリンク９０６の中心線との間の距離９３３が生じ、θが増減すると、それぞれ「カム」の効果を程度の差はあるが基礎的なものにする。例えば、ピボット９１７を下げることによって、負のオフセット距離９３３が生じ、θが減ると、「カム」の効果が減り、逆もまた同様である。クランクリンク機構９２５の長さ９３１は（直線９２１に対して）オフセットＤｘを制御する。長さを増加させることは、より傾いたリフト三角形をつくり、一方、長さを減少させることはより傾いていない三角形をつくる。その他のネジ山を設けた調整機構は本発明の精神と範囲内にあることに留意すべきである。
【００６６】
図１０ａは、図９に示す好ましい最良の実施形態の機構の部分的等角図であり、平行四辺形ピボット位置を規定するトラニオンネジ３４の空間位置を示す。終点３５を有するスプリング３とこれに関連するハードウェアは、ノブ１５による主ネジ１３の調整に応じて線型のベアリングシャフト９を上下させるキャリア１２上のピボット１９で終端している。ターンバックルアセンブリ３２は、ピボット１７と２３を互いにもしくは別々に近づけるノブ１６によって、展開させもしくは折りたたむことができ、そして図９に示した機能を実行して、下端のベアリングブロック１０を回転させて、平行四辺形リンク６（示されていない）の偏位に対応する点１９を弧状に調整し、キャリア１２の高さに比例させる。ターンバックルアセンブリ３２は従来のターンバックルで可能であったよりもさらに近くにピボットを提供し、調整ノブ１６は、ピボット１７と２３の間の線から離して配置することができ、本発明の実施形態に使用する場合、エンドブロック（示されていない）の外にあることに留意すべきである。
【００６７】
図１０ｂは、軸３６から線型ベアリング９ａを具えるキャリア１２に旋回可能に連結したスプリングリンク３７へ延在する環状終端スプリング３を使用した、図１０ａの機構を別角度からみた等角図である。この図は、線型ベアリングシャフト９の上側アタッチメントを形成する上端ベアリングブロック１１をより明確に示しており、ターンバックルアセンブリ３２用のピボット１７の大まかな中心線４７も示している。
【００６８】
図１１は、アセンブリを調整し、動的に移動させるＤｘ／Ｄｙの構成部品を説明する本発明の好適な実施形態の完全なアームセグメント機構を等角図法により示したアセンブリの分解図である。エンドブロック５８はリンク５２aと５６ａに旋回可能に取り付けられている。リンク５６ａは、ターンバックルアセンブリ６０と係合するピボット５４のアタッチメントを具える。下端ベアリングブロック６２はベアリングシャフト５９と係合している。キャリア６４はベアリング５９ａを封入しており、圧入ナット７０によりトップベアリングブロック６８内で縦方向に固定されノブ７２によって回転する主ネジ６６によってシャフト５９に沿って駆動される。エンドブロック５７は平行四辺形を完成させる。
【００６９】
図１２は、本発明の好適な実施形態である単一のアームセグメントの側面図であり、アームが図に示す姿勢でそれぞれエンドブロック８２と８０に位置する場合や、同様に有効な形状である位置にアームが反転している場合（図示せず）に、それぞれエンドブロック８０と８２を介して支持ボディとペイロードにアームセグメントを装填するピボット位置を示す。第二のアームセグメントは、必要に応じて一つのエンドブロックと支持ボディもしくはカメラのサポート（図示せず）のどちらかの間でヒンジ（図示せず）を介して任意に具えていてもよいことに留意すべきである。
【００７０】
図１３は、本発明の好適な実施形態の完全な二つのセグメントからなるサポートアームの立体側面図である。支持ボディ（図示せず）装填ハードウェア９８は、「上側」アームセグメント９０に旋回可能に取り付けられており、「上側」アームセグメント９０は「前腕」セグメント９４にヒンジ９２を介して旋回可能に取り付けられており、「前腕」セグメント９４はポスト９６を用いてペイロード（例えばカメラのような）に連結するように構成されている。
【００７１】
図１４ａ乃至ｃは平行四辺形サポートアームリンクを形成するチャンバ付押出材を示す三つの図であり、軽量なねじり剛性部材を提供している。図１４ａは斜視図であり立体的な外側表面を示すが、表面上に開口部がある。図１４ｃはチャンバ付押出材の端面図であり、この実施形態では、ほぼ三角形をしており、図１４ｂの等角図に示された平行四辺形のリンクの長さに及ぶ。
【００７２】
図１５ａ乃至ｂはこの実施形態での平行四辺形のエンドブロックを形成するチャンバ付押出部材の図を示す。図１５ｂは、チャンバ付空間２０を具えるエンドブロックの上端を示し、このブロックは軽量でねじり剛性を提供する。図１５ａの等角図は、好適な実施形態のエンドブロックの一つを形成する押出部材を示しているが、空間２０は表示していない。
【００７３】
図１６は、図８、９に示すサポートアームの実施形態のクランクリンク機構によってＤｘが変化するときの、２０°から１６０°への平行四辺形の角度θの範囲の動きに対する（３つのＤｙ値で）Ｄｘ値をプロットしたものであり、Ｄｘの放物線状の動きをグラフに示したものである。
【００７４】
所望の力発揮装置の仕様は、使用される材料や構成部品、装置によって支持される負荷に少なくとも一部分は依存する。これらの要素は、最適な平衡動作のためには、カムの形状、クランク軸オフセット、クランク長さ、バネ定数や負荷長さなど、様々な仕様に釣り合うものでなければならない。
【００７５】
図１７は、下記の式に基づく図解法による結果を示す：
１）ＤＸ＝−．０９５（α）２＋．３３２（α）−．１５６
２）Ｄ＝ＳＱＲＴ［（ＤＸ）２＋（ＤＹ）２］
３）Ｓ＝ＳＱＲＴ［（ｌｓｉｎα＋ＤＸ）２＋（ｌｃｏｓα＋ＤＹ）２］
４）Ｓ１＝（ｌ２−Ｄ２＋Ｓ２）／２Ｓ
５）Ｈ＝ＳＱＲＴ［ｌ２−（Ｓ１）２］
６）ΣＭａ＝０であれば、Ｐ＝（（Ｆ）（Ｈ）−（Ｗ／２）ｌｓｉｎα）／ｌｓｉｎα
ここで
Ｐ：ペイロード
ＤＸ、ＤＹ：スプリング接続位置を規定
Ｓ：延在するスプリングの長さ
Ｈ：Ｓに対して垂直なライン
α：アームの角度
Ｆ：スプリング力＝κ（Δｓ）＋初期力
Ｍ：点ａ周りのモーメント
【００７６】
上述した放物線状の作用によって正常なリフトが生じる。クランクは逆の放物線状の作用を適用してリフトを直線状にする。それゆえ、ゼロのオフセットが選択される場合には「調整」が困難になり、アイソエラスティックにならない。（全くオフセットがない±７０°では１０ポンドリフトするか、８ポンド押し下げなければならない。）適切なオフセットと「ｇｅｏ」曲線により、リフト三角形の斜辺に適した単一の定数が大きいスプリングの両端に、数オンスあれば十分である。
【００７７】
名目上の適切なオフセット位置を選択しているが、「カム」の効果を利用しない場合は調整は滑らかであるが、名目上のＤｘが増加すると、ある時点でアームのリフト力はその範囲の上端で過度になり、下端では不十分なものとなり、アームは上下端の両方で中央をこえて進められる。この時、リフト曲線はちょうど中央上方の地点を支持し、アームは「水平となるスプリング」点を越え、次の上へ向かう３０度の間は遅くなり、そしてその後、加速して動作が停止する：
【００７８】
本発明の実施形態によると、Ｄｙ主ネジの電動化によって、アームのリフトをゼロへ、実際には負の角度（押し下げる）にすることができ、例えば、オペレータは適切な下向きの力を提供する必要なく超音波トランスデューサの使用が容易になる。Ｄｘの調整と動的調整も電動で行うことができる。Ｄｘ主ネジ（もしくはターンバックル）も電動とすることができる。付随する力に対する“感覚”、超音波ディスプレイスクリーン上の画像といったスクリーン上の基準を含む外部の刺激に応答して、手動で（例えばフットペダル）もしくは、コンピュータによってＤｙとＤｘを動的に制御することができる。ＤｙやＤｘはそれぞれ個別にインクリメントさせてあるいは連続的に制御することができる。
【００７９】
本発明を実施形態によって説明したが、当業者は、追加的な利点や修正を行うことができる。それゆえ、より広い態様にある本発明はここに特定した詳細に限定されるものではない。例えば、本発明の精神と範囲内から外れることなく、材料や特定の構成部品、その配置の修正がなされてもよい。従って、発明が特定の実施形態に特定されるものではなく、付記した請求項及びその均等の精神と範囲内で解釈されることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１ａ】図１ａは、３つのスプリングアーム部分を有する従来技術のサポートを示す。
【図１ｂ】図１ｂは、３つのスプリングアーム部分を有する従来技術のサポートを示す。
【図２】図２は、スプリングの終端を調整できる従来技術の３つのスプリングアームの機構を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態による力発揮装置を示す。
【図４】図４は、従来技術による平行四辺形サポートリンク機構内にあるリフト三角形ＡＢＣを図示する。
【図５】図５は、本発明の実施形態によるスプリングの終端の高さと垂直線からのオフセットのＤＹ・ＤＸの調整を図式的に規定する図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態による平行四辺形の動きに対応してＤＸを動的に修正する（ＤＹの高さに比例して）オフセット中心を有するカムとカムフォロワの使用を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態によるＤＸの変数を追加した図６のカムを示す図である。
【図８ａ】図８ａは、本発明の実施形態による平行四辺形の動きに対応してＤＸを動的に修正する（ＤＹの高さに比例した）サーキュラーカムの作用を発揮させるための代替のクランクリンク機構（そのピボットオフセットとともに）を示す図である。
【図８ｂ】図８ｂは、本発明の実施形態による平行四辺形の動きに対応してＤＸを動的に修正する（ＤＹの高さに比例した）サーキュラーカムの作用を発揮させるための代替のクランクリンク機構（そのピボットオフセットとともに）を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態による、固定クランクシャフトに代わる調整可能なターンバックルを示す図である。
【図１０ａ】図１０ａは、図９の実施形態の機構の部分的等角図である。
【図１０ｂ】図１０ｂは、図９の実施形態の機構の部分的等角図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態の単一の完全なアームセグメントを等角図法によって示したアセンブリの分解図である。
【図１２】図１２は、左側のオペレータと、右側のカメラ（もしくは第２のアームセグメント）にアームに装填するための垂直ピボットアタッチメントを示す本発明の実施形態のアームセグメントの斜視図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態によるサポートアームの立体側面を示す図である。
【図１４】図１４ａ−ｃは、本発明の実施形態による平行四辺形サポートアームリンクを形成するチャンバ付押出材の三つの面を示す図である。
【図１５】図１５ａ−ｂは、本発明の実施形態による平行四辺形サポートアームエンドブロックを形成するチャンバ付押出材の三つの面を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態による、範囲の角度θに対して２０°から１６０°の平行四辺形の動きのＤｘ値を（３つのＤｙ値で）プロットしたものであり、Ｄｘの放物線状の動きをグラフに示す。
【図１７】図１７は、規定のＤｘ、Ｄ、Ｓ、Ｓ１、ＨおよびＰによって記載したクランクリンクの長さとクランクオフセットを得る図解法の結果と、本発明の実施例において使用した式を示す。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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