Gimbal

I et sæt af tre gimbals, der er monteret sammen, giver hver en frihedsgrad: roll, pitch og yaw

InertialnavigationRediger

I inertialnavigation, som anvendes på skibe og ubåde, er der behov for mindst tre gimbals for at gøre det muligt for et inertialnavigationssystem (stabilt bord) at forblive fast i inertialrummet og kompensere for ændringer i skibets yaw, pitch og roll. I denne anvendelse er inertimåleenheden (IMU) udstyret med tre ortogonalt monterede gyroer til at registrere rotation om alle akser i det tredimensionelle rum. Gyroudgangene holdes på nul ved hjælp af drivmotorer på hver kardanakse for at opretholde IMU’ens orientering. For at opnå dette sendes gyrofejlsignalerne gennem “resolvere”, der er monteret på de tre gimbals, rulle, pitch og yaw. Disse resolvere udfører en automatisk matrixtransformation i overensstemmelse med hver kardanvinkel, således at de nødvendige drejningsmomenter leveres til den relevante kardanakse. Gaw-momenterne skal opløses ved hjælp af rulle- og pitch-transformationer. Gimbalvinklen måles aldrig.Tilsvarende aftastningsplatforme anvendes på fly.

I inertialnavigationssystemer kan der opstå gimballåsning, når køretøjets rotation får to af de tre gimbalringe til at flugte med deres drejeakser i et enkelt plan. Når dette sker, er det ikke længere muligt at opretholde sensorplatformens orientering.

RaketmotorerRediger

I fremdrift af rumfartøjer er raketmotorer generelt monteret på et par gimbals for at gøre det muligt for en enkelt motor at vectorisere fremdrift om både pitch- og yaw-aksen; eller nogle gange er der kun én akse pr. motor. Til styring af rulning anvendes tvillingemotorer med differentielle pitch- eller yaw-kontrolsignaler til at tilvejebringe drejningsmoment omkring køretøjets rulleakse.

Ordet “gimbal” begyndte som et substantiv. De fleste moderne ordbøger anfører det fortsat som sådan. Da ingeniørerne manglede et praktisk udtryk til at beskrive en raketmotors svingende bevægelse, begyndte de også at bruge ordet “gimbal” som et verbum. Når et drivkammer svinges af en fastgjort aktuator, betegnes bevægelsen som “gimballed” eller “gimballing”. Officiel raketdokumentation afspejler denne brug.

Fotografi og billeddannelseRediger

Et Baker-Nunn satellitsporings kamera på en højde-altitude-azimuth montering

Gimbals bruges også til at montere alt fra små kameraobjektiver til store fotografiske teleskoper.

I bærbart fotoudstyr anvendes enaksede kardanhoveder for at muliggøre en afbalanceret bevægelse for kamera og objektiver. Dette er nyttigt ved fotografering af dyreliv og i alle andre tilfælde, hvor der anvendes meget lange og tunge teleobjektiver: et kardanhoved roterer et objektiv omkring dets tyngdepunkt, hvilket giver mulighed for nem og smidig manipulation, mens man følger motiver i bevægelse.

Meget store gimbals i form af 2 eller 3-akse højdemonteringer anvendes til satellitfotografering til sporingsformål.

Gyrostabiliserede gimbals, der rummer flere sensorer, anvendes også til luftbårne overvågningsapplikationer, herunder luftbåren retshåndhævelse, inspektion af rør og el-ledninger, kortlægning og ISR (efterretning, overvågning og rekognoscering). Sensorerne omfatter termiske kameraer, dagslyskameraer, kameraer med lavt lys samt laserafstandsmåler og belysningsenheder.

Gimbal-systemer anvendes også i videnskabeligt optisk udstyr. De anvendes f.eks. til at rotere en materialeprøve langs en akse for at studere deres vinkelafhængighed af optiske egenskaber.

Film og videoRediger

NEWTON S2 gimbal til fjernstyring og 3-akse stabilisering af et RED kamera, Teradek objektivmotorer og Angénieux objektiv

Håndholdte 3-akse gimbals anvendes i stabiliseringssystemer, der er designet til at give kameraoperatøren uafhængighed ved håndholdt optagelse uden kameravibrationer eller rystelser. Der findes to versioner af sådanne stabiliseringssystemer: mekaniske og motoriserede.

Mekaniske gimbals har slæden, som omfatter det øverste trin, hvor kameraet er fastgjort, stolpen, som i de fleste modeller kan forlænges, med skærmen og batterierne i bunden for at udligne kameraets vægt. Det er sådan, at Steadicam’en holder sig oprejst, ved simpelthen at gøre bunden lidt tungere end toppen, der svinger ved gimbal’en. Dette efterlader tyngdepunktet for hele riggen, uanset hvor tung den er, præcis ved operatørens fingerspids, hvilket giver mulighed for behændig og endelig kontrol af hele systemet med det letteste tryk på gimbalen.

Drevne af tre børsteløse motorer har motoriserede gimbaler evnen til at holde kameraet i niveau på alle akser, mens kameramanden bevæger kameraet. En inertial måleenhed (IMU) reagerer på bevægelser og bruger sine tre separate motorer til at stabilisere kameraet. Med vejledning af algoritmer er stabilisatoren i stand til at mærke forskellen mellem bevidste bevægelser som f.eks. panoreringer og sporingsoptagelser fra uønskede rystelser. Dette gør det muligt for kameraet at virke som om det svæver gennem luften, en effekt, der tidligere blev opnået med en Steadicam. Gimbals kan monteres på biler og andre køretøjer som f.eks. droner, hvor vibrationer eller andre uventede bevægelser ville gøre stativer eller andre kameraføringer uacceptable. Et eksempel, som er populært i live-tv-transmissionsindustrien, er Newton 3-akse kamera gimbal.

MarinekronometreRediger

Kursen på et mekanisk marinekronometer er følsom over for dets orientering. På grund af dette blev kronometre normalt monteret på kardanmontering for at isolere dem fra et skibs gyngende bevægelser på havet.