کاربردهای گیمبال در صنایع مختلف و اهمیت آن در حفظ استحکام و پایداری تجهیزات حرکتی

گیمبال ها مکانیسم های محوری هستند که چرخش حول یک محور را امکان پذیر می کنند، که اغلب در داخل یکدیگر قرار می گیرند تا بدون توجه به تکیه گاه، امکان چرخش را فراهم کنند. این دستگاه‌ها بسیار متنوع هستند و در بخش‌های مختلفی مانند صنایع هوافضا، دفاعی و دریایی کاربرد پیدا می‌کنند، جایی که می‌توانند به عنوان پایه برجک‌ها یا به‌عنوان وسیله‌ای برای نگه‌داشتن اجسام در راستای افق عمل کنند.

این قابلیت به موارد روزمره گسترش یافته است و تجربه کاربر را افزایش می دهد. اسباب‌بازی‌های مبتنی بر ژیروسکوپ را که از گیمبال‌ها برای ویژگی‌های چرخشی مستقل استفاده می‌کنند، یا نگهدارنده‌های نوشیدنی که ساختاری با گیمبال دارند برای حفظ سطح نوشیدنی‌ها و جلوگیری از ریختن نوشیدنی‌ها حتی در وسایل نقلیه در حال حرکت، استفاده کنید. گیمبال ها همچنین در مشعل های اجاق گاز برای حفظ شعله عمودی صرف نظر از جهت یا زاویه ظرف پخت استفاده می شوند و در نتیجه ایمنی و کارایی را بهبود می بخشند. 

پیکربندی گیمبال ها

تک محوره

اینها ساده ترین نوع گیمبال هستند که چرخش را فقط حول یک محور ارائه می دهند. قدرت آنها در سادگی آنها نهفته است، که اغلب منجر به راه حلی مقرون به صرفه تر و کم هزینه تر از تعمیر و نگهداری می شود. با این حال، نقطه ضعف این گیمبال ها درجه آزادی محدود آنهاست که تنها در یک صفحه تثبیت می کنند. این باعث می شود که آنها برای کاربردهای ساده که در آن این سطح از تثبیت کافی است، مانند قطب نما یا دستگاه های تراز، مناسب باشند.

دو محوره

این پیکربندی یک لایه پیچیدگی اضافی اضافه می کند و امکان چرخش حول دو محور مختلف را فراهم می کند. این به آنها برتری نسبت به گیمبال های تک محوره می دهد و تثبیت جامع تری را ارائه می دهد. در حالی که آنها هنوز نسبتاً ساده و مقرون به صرفه هستند، تثبیت سه بعدی کامل را ارائه نمی دهند، که ممکن است در برخی از برنامه ها یک محدودیت باشد. این گیمبال‌ها معمولاً در موقعیت‌هایی استفاده می‌شوند که به انعطاف‌پذیری بیشتری نیاز دارند، اما نیازی به چرخش کامل سه‌بعدی ندارند، مانند برخی از سیستم‌های تثبیت‌کننده دوربین که نیاز به اصلاح شیب و چرخش دارند.

سه محوره

این گیمبال‌ها پیشرفته‌ترین هستند و چرخش را حول سه محور مختلف امکان‌پذیر می‌کنند: Pitch، Yaw و Roll. توانایی آنها در ارائه چرخش کامل سه بعدی باعث می شود که همه کاره ترین باشند و قادر به حفظ ثبات در هر جهتی باشند. با این حال، آنها همچنین پیچیده ترین و معمولا گران ترین هستند. علی‌رغم این، دامنه حرکتی وسیع آن‌ها آن‌ها را برای سیستم‌های تثبیت‌کننده دوربین پیشرفته، پهپادها و کاربردهای هوافضا، که در آن حداکثر تثبیت ضروری است، به گزینه‌ای مناسب تبدیل می‌کند.

دستی

این گیمبال ها به طور خاص برای عملکرد دستی طراحی شده اند و معمولا دوربین ها و گوشی های هوشمند را تثبیت می کنند. مزیت آنها در قابل حمل بودن و سهولت استفاده است که آنها را به انتخابی محبوب برای عکاسان و فیلمبرداران تبدیل می کند. با این حال، آنها ممکن است همان سطح تثبیت را به اندازه گیمبال های بزرگتر و پیچیده تر ارائه ندهند. با وجود این، آن‌ها برای موقعیت‌هایی که تحرک کلیدی است، مانند گرفتن فیلم‌های صاف در حین حرکت، عالی هستند.

پهپاد

گیمبال‌های پهپاد برای کار با پهپادها، دوربین‌های تثبیت‌کننده برای عکاسی هوایی و فیلم‌برداری طراحی شده‌اند. نقطه قوت آنها توانایی آنها در ارائه فیلم های پایدار با وجود حرکت پهپاد است. با این حال، عملکرد آنها می تواند تحت تأثیر عواملی مانند پایداری باد و هواپیماهای بدون سرنشین باشد. با وجود این چالش ها، آنها برای هر برنامه عکاسی یا فیلمبرداری با هواپیماهای بدون سرنشین جدی ضروری هستند.

سوار بر خودرو

این موردها برای اتصال به وسایل نقلیه مانند اتومبیل، قایق یا هواپیما طراحی شده اند. آنها در ثابت نگه داشتن دوربین ها، آنتن ها و سایر تجهیزات، حتی با خودرو در حال حرکت، عالی هستند. نقطه ضعف اصلی آنها این است که ممکن است نصب آنها چالش برانگیزتر باشد و نیاز به نگهداری بیشتری داشته باشد. با این وجود، آنها در کاربردهایی که تثبیت تجهیزات در یک وسیله نقلیه در حال حرکت مورد نیاز است، می درخشند.

اجزاء مختلف یک گیمبال شامل چه چیزهای است؟ 

طراحی و اجزای گیمبال بسته به هدف آن و نیازهای خاص سیستمی که در آن ادغام می شود، می تواند متفاوت باشد. یک سیستم گیمبال معمولی معمولاً از چندین جزء کلیدی تشکیل شده است که هر کدام هدف خاص خود را دارند.

حلقه / یوغ

اینها ساختارهای اصلی یک سیستم گیمبال هستند. معمولاً تا سه حلقه یا یوغ در داخل یکدیگر تودرتو وجود دارد که هر کدام برای چرخش حول یک محور خاص (پیچ، انحراف و رول) طراحی شده‌اند. حلقه بیرونی اغلب به جسم ثابت متصل می شود (مانند یک هواپیمای بدون سرنشین یا پایه دوربین)، حلقه میانی حول محور زمین می چرخد ​​و داخلی ترین حلقه (اغلب حامل بار) حول محور رول می چرخد. چرخش هر حلقه مستقل از حلقه های دیگر است و امکان حرکت نامحدود در هر جهت را فراهم می کند.

موتورها

اینها نیروی محرکه گیمبال های کنترل شده الکتریکی هستند. آنها مسئول حرکات دقیق یوغ ها هستند. گیمبال‌های باکیفیت اغلب از موتورهای براشلس برای کارایی بالا، نویز کمتر و طول عمر بیشتر استفاده می‌کنند.

کنترل کننده

کنترلر از داده های حسگر برای تعیین موقعیت و جهت گیمبال استفاده می کند، سپس دستوراتی را برای تصحیح هرگونه انحراف از جهت مورد نظر به موتورها ارسال می کند. کنترل‌کننده می‌تواند با دستگاه‌های خارجی ارتباط برقرار کند تا دستورالعمل‌های جهت‌گیری خاص را دریافت کند یا اطلاعاتی درباره موقعیت فعلی گیمبال ارائه دهد.

حسگرها

به طور معمول ژیروسکوپ ها و شتاب سنج ها، این دستگاه ها زاویه، سرعت و جهت حرکت گیمبال را اندازه گیری می کنند. این داده ها برای اطلاع از تنظیمات برای حفظ ثبات به کنترل کننده ارسال می شود.

ظرفیت ترابری

این به وسیله یا جسمی اشاره دارد که گیمبال برای نگه داشتن و حرکت آن طراحی شده است. این می تواند یک دوربین، یک قطب نما، یک حسگر، یک آینه یا هر شی دیگری باشد که باید به روشی خاص ثابت یا جهت دهی شود. محموله معمولاً به درونی ترین یوغ متصل می شود.

سیستم نصب

بسته به کاربرد، گیمبال را می توان بر روی سیستم های مختلفی نصب کرد. این می تواند شامل هواپیماهای بدون سرنشین، دستگاه های دستی، پایه های سه پایه، وسایل نقلیه یا حتی ماهواره ها باشد. سیستم نصب کل ساختار گیمبال را نگه می دارد و آن را با شی پایه متصل می کند.

منبع انرژی

گیمبال ها برای کار با موتورها و کنترلر به یک منبع تغذیه نیاز دارند. این می تواند منبع تغذیه مستقیم در سیستم های بزرگتر و ثابت یا باتری در دستگاه های قابل حمل باشد.

مواد

گیمبال ها را می توان از مواد مختلفی ساخته شد که عمدتاً بسته به نیازهای خاص کاربرد مورد نظر آنها مانند دوام، وزن، هزینه و نیاز به دقت است. 

آلومینیوم

یکی از محبوب ترین مواد برای گیمبال ها، آلومینیوم سبک وزن و در عین حال قوی است. اغلب در کاربردهایی استفاده می شود که وزن یک عامل مهم است، مانند گیمبال های پهپاد یا گیمبال های دستی برای دوربین ها. آلومینیوم همچنین در برابر خوردگی مقاوم است که برای کاربردهای دریایی و دیگر کاربردهای فضای باز مفید است.

فولاد

در حالی که فولاد سنگین تر از آلومینیوم است، زمانی استفاده می شود که به سطح بالاتری از دوام و استحکام نیاز باشد. گیمبال های فولادی ممکن است در کاربردهای صنعتی یا در محیط هایی استفاده شوند که گیمبال نیاز به تحمل فشار یا بارهای قابل توجهی دارد.

پلاستیک

گیمبال‌های پلاستیکی معمولاً سبک‌تر و ارزان‌تر از گیمبال‌های فلزی هستند، اما معمولاً سطح دوام یا دقت یکسانی را ارائه نمی‌دهند. آنها ممکن است در محصولات مصرفی کم هزینه یا در کاربردهایی که دقت بالایی لازم نیست استفاده شوند.

فیبر کربن

برای کاربردهای سطح بالا که وزن و قدرت هر دو فاکتورهای مهم هستند، فیبر کربن یک انتخاب محبوب است. گیمبال های فیبر کربنی سبک وزن، قوی و مقاوم در برابر خوردگی هستند. آنها معمولاً در گیمبال های دوربین حرفه ای و در برنامه های هوافضا استفاده می شوند.

برنج یا مس

برخی از گیمبال‌های تخصصی، مانند آنهایی که در کرنومترهای دریایی یا سایر ابزار دقیق استفاده می‌شوند، ممکن است از برنج یا مس ساخته شوند. این مواد با دوام و مقاوم در برابر خوردگی هستند، اما سنگین تر از آلومینیوم یا فیبر کربن هستند.

گیمبال ها دقیقا چه کاربردهایی دارند؟

گیمبال ها طیف وسیعی از کاربردها را در صنایع مختلف پیدا می کنند. مکانیسم منحصربه‌فرد آنها برای امکان چرخش آزادانه اشیاء حول یک یا چند محور، آنها را به یک جزء محوری در زمینه‌های متعدد تبدیل می‌کند.

هوافضا و دفاع

در این بخش، گیمبال ها به شدت در سیستم های هدایت هواپیما، موشک و ماهواره استفاده می شوند. آنها می توانند سکوهای پایداری را برای سیستم های رادار، سیستم های تسلیحاتی یا دستگاه های تصویربرداری فراهم کنند که به آنها اجازه می دهد بدون توجه به حرکت هواپیما یا وسیله نقلیه جهت گیری خود را حفظ کنند. گیمبال ها همچنین در واحدهای اندازه گیری اینرسی (IMU) برای ارائه داده های دقیق ردیابی حرکت استفاده می شوند.

صنعت دریایی

مشابه کاربردهای هوافضا، گیمبال‌ها را می‌توان در کاربردهای دریایی مختلف مانند تثبیت آنتن‌ها، رادارها و سایر تجهیزات روی کشتی‌ها استفاده کرد. با توجه به حرکت کشتی، گیمبال می تواند به حفظ جهت گیری این وسایل کمک کند و عملکرد بهینه را تضمین کند.

عکاسی و فیلمسازی

گیمبال ها به طور گسترده ای برای تثبیت دوربین ها برای عکاسی و فیلمبرداری استفاده می شوند. این امکان ضبط فیلم های صاف و پایدار را حتی در زمانی که اپراتور در حال حرکت است، می دهد. پهپادهایی که برای عکاسی هوایی و فیلمبرداری استفاده می شوند اغلب دارای گیمبال هایی برای تثبیت دوربین هستند.

رباتیک و اتوماسیون

در رباتیک، گیمبال ها را می توان برای ایجاد حرکت و ثبات بازوهای رباتیک یا نگه داشتن حسگرهایی که نیاز به حفظ جهت گیری خاص دارند، استفاده کرد. در فرآیندهای تولید خودکار، گیمبال ها برای هدایت لیزر یا ابزارهای دیگر استفاده می شوند.

مخابرات

گیمبال ها برای تثبیت آنتن ها در سیستم های ارتباطی استفاده می شوند. با استفاده از یک سیستم گیمبال، آنتن می تواند جهت گیری خود را به سمت ماهواره حفظ کند و از برقراری ارتباط پایدار حتی در شرایط چالش برانگیز اطمینان حاصل کند.

نقشه برداری و ژئوماتیک

در صنایع مربوط به ژئوماتیک و نقشه برداری، گیمبال ها را می توان برای نگهداری و تثبیت ابزارهایی مانند گیرنده های GPS و حسگرهای لیدار استفاده کرد. این ابزارها هنگام تثبیت می توانند داده های دقیق تری را جمع آوری کنند.

صنعت پزشکی

گیمبال ها را می توان در کاربردهای مختلف پزشکی، مانند تثبیت ابزارهای جراحی در طی جراحی های کم تهاجمی یا لیزرهای هدایت کننده در روش های چشمی مورد استفاده قرار داد.

تاریخچه

معمولا تاریخچه ی محصول در ابتدای مطلب بیان می شود، اما برای این که مطلب خسته کننده نباشد، تاریخچه را اینجا می بینید. قدمت مفهوم گیمبال به هزاران سال پیش باز می گردد، با اولین استفاده از گیمبال که در یونان باستان یافت شد. با این حال، این دستگاه در طول قرن ها به طور قابل توجهی تکامل یافته و کاربردهای جدیدی در صنایع مختلف پیدا کرده است.

یونان باستان (قرن 3 قبل از میلاد): اولین نمونه شناخته شده از دستگاهی شبیه گیمبال از اختراع مهندس یونانی فیلو بیزانسی است. او یک جوهردان با مکانیزمی ابداع کرد که می تواند جوهر را بدون توجه به اینکه کشتی که روی آن استفاده می شده چقدر غلت می خورد، سطح جوهر را حفظ کند.

سلسله هان چین (قرن دوم قبل از میلاد): مخترعان چینی شکل اولیه گیمبال را به نام "ارابه با اشاره جنوب" ایجاد کردند، یک وسیله نقلیه دو چرخ با مکانیزمی طراحی شده برای حفظ شکلی که بدون توجه به حرکت ارابه به سمت جنوب است.

اروپای رنسانس (قرن شانزدهم): ریاضیدان و فیزیکدان ایتالیایی جرولامو کاردانو مکانیسم گیمبال را به تفصیل توصیف کرد که منجر به این شد که گاهی اوقات دستگاه را تعلیق یا گیمبال «کاردان» می نامند.

دوران مدرن (قرن 19 تا 21): گیمبال ها در زمان های مدرن جای خود را در کاربردهای مختلف پیدا کردند. آنها برای تثبیت زمان سنج های دریایی (دستگاه های زمان سنجی دقیق) در قرن 19 مورد استفاده قرار گرفتند. در قرن 20 و 21، استفاده از آنها در زمینه هایی مانند فیلم سازی، هوا فضا و مخابرات گسترش یافت. امروزه گیمبال‌ها برای تثبیت همه چیز از دوربین‌های پهپادها گرفته تا ابزارهای علمی در فضاپیماها استفاده می‌شوند و کاربرد گسترده آنها را نشان می‌دهند.

می توانید با کمک گرفتن از سیستم جست و جوی کالای تکصان، گیمبال موردنظرتان را با توجه به مشخصات فنی ذکر شده پیدا کنید و به تامین کننده مورد نظر آن متصل شوید. 

منبع: globalspec.com