짐벌

Gimbal
이 기사는 피벗 지지 시스템에 관한 것입니다. GIMBAL UFO 비디오는 USS Theodore Roosevelt UFO 사건을 참조하십시오.
단순한 3축 짐벌 세트의 그림. 중앙 링을 수직으로 고정할 수 있습니다.

짐벌은 축을 중심으로 물체를 회전시킬 수 있는 피벗 지지대입니다. 하나는 직교 피벗 축을 갖는 다른 하나에 장착된 3개의 짐벌들의 세트는 가장 안쪽의 짐벌에 장착된 물체가 지지부의 회전으로부터 독립적으로 유지되도록(예를 들어, 제1 애니메이션에서 수직) 허용하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 배 위에서 자이로스코프, 배의 나침반, 스토브, 심지어 음료수 홀더도 보통 짐벌을 사용하여 배의 피칭과 롤링에도 불구하고 수평선에 대해 똑바로 유지합니다.

나침반 등을 장착하는 데 사용되는 짐벌 서스펜션은 이탈리아의 수학자이자 물리학자인 제롤라모 카르다노(Gerolamo Cardano, 1501~1576)가 이를 자세히 묘사한 후에 카르단 서스펜션이라고 불리기도 합니다. 그러나 카르다노는 짐벌을 발명하지도 않았고, 그렇다고 주장하지도 않았습니다. 이 장치는 기원전 3세기 비잔티움의 필로에 의해 처음 기술된 고대부터 알려져 왔지만, 일부 현대 저자들은 이 장치가 단 한 명의 식별 가능한 발명가도 없을 수 있다는 견해를 지지합니다.[1][2]

역사

Villard de Honnecourt의 스케치북에 있는 카르단 정지(cardan suspension) (ca. 1230)
짐벌에 의해 매달린 초기 현대 건조 나침반 (1570)

짐벌은 그리스 발명가 비잔티움의 필로 (기원전 280–220)에 의해 처음으로 묘사되었습니다.[3][4][5][6] 필로는 양쪽 면에 개구부가 있는 여덟 면의 잉크 냄비를 설명했는데, 이것은 어떤 얼굴이 위에 있는 동안 펜을 담그고 잉크를 묻힐 수 있도록 뒤집을 수 있습니다. 하지만 잉크는 다른 면의 구멍을 통해 절대로 떨어지지 않습니다. 이는 중앙에 있는 잉크웰을 현탁시켜 일련의 동심 금속 고리에 장착하여 냄비를 어떤 방향으로 돌려도 정지 상태를 유지하도록 함으로써 이루어졌습니다.[3]

고대 중국에서, 한나라 (기원전 202년 – 서기 220년)의 발명가이자 기계 기술자인 딩 환은 서기 180년경에 짐벌 향로를 만들었습니다.[3][7][8] 초기 사마상루(기원전 179~117)의 글에는 기원전 2세기부터 중국에 김발이 존재했다는 암시가 있습니다.[9] 양나라 (502–557) 시대에 짐벌은 문이나 창문의 경첩에 사용되었다는 이야기가 있는데, 한 장인이 짐벌을 사용하는 무제천황후 (재위 690–705)에게 이동식 보온난로를 선물한 적이 있습니다.[10] 향로에 사용되는 중국 김발의 현존하는 표본은 당나라 초기 (618–907)까지 거슬러 올라가며, 중국의 은세공 전통의 일부였습니다.[11]

필로의 카르단 현탁액에 대한 묘사의 진위는 필로의 공압(Niculara) 중 짐벌의 사용을 묘사한 부분이 9세기 초 아랍어 번역본에서만 남아 있다는 이유로 일부 저자들에 의해 의심을 받아왔습니다.[3] 따라서, 1965년까지, 죄학자 조셉 니덤은 아랍의 보간을 의심했습니다.[12] 그러나 여전히 현대 학자들에게 기초를 제공하는 프랑스어 번역의 저자인 카라 드 보(Carra de Vaux)[13]는 폐렴학을 본질적으로 진정한 것으로 간주합니다.[14] 기술의 역사가 조지 사튼(George Sarton, 1959)도 아랍어 버전이 필로의 원본을 충실하게 복제한 것으로 보아도 무방하다고 주장하며 필론이 이 발명품에 대해 명백하게 공을 돌립니다.[15] 그의 동료 마이클 루이스(2001)도 마찬가지입니다.[16] 사실, 후자의 학자(1997)의 연구는 아랍 사본이 1세기 이후 사용되지 않게 된 그리스 문자의 시퀀스를 포함하고 있다는 것을 보여줌으로써 그것이 헬레니즘 원본의 충실한 사본이라는 주장을 강화하고 있으며,[17] 이는 최근 고전주의자 앤드류 윌슨(2002)도 공유한 견해입니다.[18]

고대 로마의 작가 아테나이우스 메카니쿠스는 아우구스투스 (기원전 30년-기원후 14년)의 통치 기간 동안에 쓴 글에서, "작은 유인원" (pithékion)이라고 부르며 짐벌과 같은 메커니즘을 군사적으로 사용하는 것을 묘사했습니다. 해안가 마을을 해안가에서 공격할 준비를 할 때, 군사 기술자들은 상선을 함께 매달아 포위 기계를 벽까지 끌고 가곤 했습니다. 그러나 아테나이우스는 무거운 바다에서 선박이 운반하는 기계가 갑판 위를 굴러다니는 것을 막기 위해 "중간에 있는 상선에 부착된 플랫폼의 피테키온을 고정시켜야 합니다. 그래서 기계가 어느 각도에서건 똑바로 유지됩니다."[19]라고 조언합니다.

고대 이후에도 짐벌은 근동 지역에 널리 알려졌습니다. 라틴 서양에서는 이 장치에 대한 언급이 그림의 작은 열쇠라는 9세기 요리책에 다시 등장했습니다.[20] 프랑스 발명가 Villard de Honnecourt는 그의 스케치북(오른쪽 참조)에 짐벌 한 세트를 묘사하고 있습니다. 근대 초기에는 마른 나침반이 짐벌에 매달렸습니다.

동사형태 어원

"김발"이라는 단어는 명사로 시작되었습니다. 대부분의 현대 사전들은 그것을 계속해서 그렇게 나열하고 있습니다. 로켓 엔진의 요동치는 움직임을 설명하기 위한 편리한 용어가 부족했던 엔지니어들은 또한 "짐발"이라는 단어를 동사로 사용하기 시작했습니다. 스러스트 챔버가 부착된 액추에이터에 의해 흔들리면 이 움직임을 "짐볼링" 또는 "짐볼링"이라고 합니다. 공식 로켓 설명서에는 이러한 용도가 반영되어 있습니다.

적용들

함께 장착된 3개의 짐벌 세트에서, 각각은 롤링, 피치 및 요우와 같은 자유도를 제공합니다.

관성항법

관성항법은 선박과 잠수함에 적용되는 바와 같이, 관성항법장치(stable table)가 관성공간에 고정된 상태로 유지되어 선박의 요(yaw), 피치(pitch), 롤(roll)의 변화를 보상하기 위해 최소한 3개의 짐벌(gimbal)이 필요합니다. 이 애플리케이션에서, 관성 측정 유닛(IMU)에는 3개의 직교 장착 자이로가 장착되어 3차원 공간의 모든 축에 대한 회전을 감지합니다. IMU의 방향을 유지하기 위해 자이로 출력은 각 짐벌 축의 구동 모터를 통해 널(null)로 유지됩니다. 이를 위해 자이로 오류 신호는 롤, 피치 및 요의 세 짐벌에 장착된 "리졸버"를 통해 전달됩니다. 이 레졸버는 각 짐벌 각도에 따라 자동 행렬 변환을 수행하여 필요한 토크가 적절한 짐벌 축으로 전달됩니다. 요 토크는 롤 및 피치 변환을 통해 해결해야 합니다. 짐벌 각도는 측정되지 않습니다. 유사한 감지 플랫폼이 항공기에 사용됩니다.

관성 내비게이션 시스템에서 짐벌 잠금은 차량 회전으로 인해 3개의 짐벌 링 중 2개가 단일 평면에서 피벗 축과 정렬될 때 발생할 수 있습니다. 이 경우 감지 플랫폼의 방향을 더 이상 유지할 수 없습니다.[citation needed]

로켓 엔진

메인 기사: 짐벌드 스러스트

우주선 추진에서 로켓 엔진은 일반적으로 한 쌍의 짐벌에 장착되어 단일 엔진이 피치 축과 요 축을 중심으로 추력을 벡터할 수 있습니다. 또는 때로는 엔진당 하나의 축만 제공됩니다. 롤을 제어하기 위해, 차량의 롤 축에 대한 토크를 제공하기 위해 차동 피치 또는 요 제어 신호를 갖는 트윈 엔진이 사용됩니다.

사진 및 영상

Baker-Nunn 위성 추적 카메라를 고도 방위각에 탑재했습니다.

짐벌은 또한 소형 카메라 렌즈에서 대형 사진 망원경에 이르기까지 모든 것을 장착하는 데 사용됩니다.

휴대용 사진 장비에서는 카메라와 렌즈의 균형 잡힌 움직임을 가능하게 하기 위해 단일 축 짐벌 헤드를 사용합니다.[21] 이것은 길고 무거운 망원 렌즈가 채택된 다른 모든 경우와 마찬가지로 야생 동물 사진에서 유용한 것으로 입증됩니다. 짐벌 헤드는 무게 중심을 중심으로 렌즈를 회전시켜 움직이는 피사체를 추적하면서 쉽고 부드러운 조작이 가능합니다.

2 또는 3축 고도-고도 형태의[22] 매우 큰 짐벌 마운트는 추적 목적으로 위성 사진 촬영에 사용됩니다.

여러 센서를 수용하는 자이로안정 짐벌은 또한 공중 법 집행, 파이프 및 전력선 검사, 매핑 및 ISR(지능, 감시 및 정찰)을 포함한 공중 감시 응용 분야에도 사용됩니다. 센서에는 열화상, 일광, 저조도 카메라 및 레이저 거리 측정기 및 조명이 포함됩니다.[23]

짐벌 시스템은 과학 광학 장비에도 사용됩니다. 예를 들어, 광학 특성의 각도 의존성을 연구하기 위해 재료 샘플을 축을 따라 회전하는 데 사용됩니다.[24]

필름 및 비디오

NEWTON S2 gimbal for remote control and 3-axis stabilization of a RED camera, Teradek lens motors and Angeniuex lens.
RED 카메라, Teradek 렌즈 모터 및 Angénieux 렌즈의 원격 제어 및 3축 안정화를 위한 뉴턴 S2 짐벌

핸드헬드 3축 짐벌은 카메라 조작자에게 카메라 진동이나 흔들림 없이 핸드헬드 촬영의 독립성을 부여하도록 설계된 안정화 시스템에 사용됩니다. 이러한 안정화 시스템에는 기계식 및 모터식 두 가지 버전이 있습니다.

기계식 짐벌에는 카메라가 부착된 상단 단계와 대부분의 모델에서 확장할 수 있는 기둥이 포함된 썰매가 있으며 하단에는 모니터와 배터리가 있어 카메라 무게의 균형을 맞출 수 있습니다. 이것은 스테디캠이 바닥을 위보다 약간 무겁게 만들고 짐벌에서 회전함으로써 똑바로 유지하는 방법입니다. 이를 통해 작업자의 손가락 끝에 있는 장비 전체의 무게 중심이 아무리 무거워도 짐벌에 대한 가장 가벼운 터치로 전체 시스템을 능숙하고 유한하게 제어할 수 있습니다.

3개의 브러시리스 모터로 구동되는 모터가 달린 짐벌은 카메라 조작자가 카메라를 움직일 때 모든 축에서 카메라 수평을 유지하는 기능이 있습니다. 관성 측정 장치(IMU)는 움직임에 반응하고 카메라를 안정화하기 위해 3개의 개별 모터를 활용합니다. 알고리즘의 안내로 안정기는 팬과 같은 의도적인 움직임과 원치 않는 흔들림에서 나오는 추적 샷의 차이를 알아차릴 수 있습니다. 이것은 카메라가 마치 공중에 떠있는 것처럼 보이게 해주는데, 이것은 과거 스테디캠에 의해 달성된 효과입니다. 짐벌은 자동차 및 드론과 같은 기타 차량에 장착될 수 있으며, 여기서 진동이나 기타 예기치 않은 움직임은 삼각대 또는 기타 카메라 장착을 허용할 수 없습니다. TV 생방송 업계에서 인기가 많은 예로 뉴턴 3축 카메라 짐벌을 들 수 있습니다.

해상 크로노미터

기계식 해양 크로노미터의 속도는 방향에 민감합니다. 이 때문에 해상에서 선박의 요동운동으로부터 짐벌을 격리하기 위해 일반적으로 짐벌에 크로노미터를 장착했습니다.

짐벌락

메인기사 : 짐벌락
3개의 회전축이 있는 짐벌입니다. 두 개의 짐벌이 같은 축을 중심으로 회전하면 시스템은 자유도를 1도 잃습니다.

짐벌 잠금은 3차원 3-짐벌 메커니즘에서 1개의 자유도를 잃는 것으로, 3개의 짐벌 중 2개의 축이 병렬 구성으로 구동되어 퇴화된 2차원 공간에서 시스템을 회전으로 "잠금"시킬 때 발생합니다.

잠금이라는 단어는 오해의 소지가 있습니다: 어떤 짐벌도 구속되지 않습니다. 세 짐벌 모두 각각의 서스펜션 축을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 두 개의 짐벌 축의 평행한 방향 때문에 한 축을 중심으로 회전을 수용할 수 있는 짐벌이 없습니다.

참고 항목

참고문헌

  1. ^ 니덤, 조셉 (1986) 중국의 과학과 문명: 제4권, 물리와 물리기술; 제2부, 기계공학. 타이베이: 케이브스북스 229페이지.
  2. ^ 프란시스 C. 달, 레오나르도 다빈치와 프란츠 룰레오의 기계: 르네상스에서 20세기까지의 기계의 운동학, p.314, 스프링어, 2007 ISBN1-4020-5598-6.
  3. ^ a b c d Sarton, George (1959). A History of Science: Hellenistic Science and Culture in the Last Three centuries B.C. Cambridge: Harvard University Press. pp. 349–350.
  4. ^ Carter, Ernest Frank (1967). Dictionary of Inventions and Discoveries. Philosophical Library. p. 74.
  5. ^ Seherr-Thoss, Hans-Christoph; Schmelz, Friedrich; Aucktor, Erich (2006). Universal Joints and Driveshafts: Analysis, Design, Applications. Springer. p. 1. ISBN 978-3-540-30169-1.
  6. ^ Krebs, Robert E.; Krebs, Carolyn A. (2003). Groundbreaking Scientific Experiments, Inventions, and Discoveries of the Ancient World. Greenwood Press. p. 216. ISBN 978-0-313-31342-4.
  7. ^ 니덤, 조셉 (1986) 중국의 과학과 문명: 제4권, 물리와 물리기술; 제2부, 기계공학. 타이베이: 케이브스 북스. 233쪽.
  8. ^ Handler, Sarah (2001). Austere Luminosity of Chinese Classical Furniture. University of California Press (published October 1, 2001). p. 308. ISBN 978-0520214842.
  9. ^ 니덤, 조셉 (1986) 중국의 과학과 문명: 제4권, 물리와 물리기술; 제2부, 기계공학. 타이베이: Caves Books Ltd. 233-234쪽.
  10. ^ 니덤, 조셉 (1986) 중국의 과학과 문명: 제4권, 물리와 물리기술; 제2부, 기계공학. 타이베이: 케이브스 북스. 234쪽.
  11. ^ 니덤, 조셉 (1986) 중국의 과학과 문명: 제4권, 물리와 물리기술; 제2부, 기계공학. 타이베이: Caves Books Ltd. 234–235쪽.
  12. ^ 니덤, 조셉 (1986) 중국의 과학과 문명: 제4권, 물리와 물리기술; 제2부, 기계공학. 타이베이: 케이브스 북스. 236쪽.
  13. ^ Hill, D. R. (1977). History of Technology. Vol. Part II. p. 75.
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  15. ^ Sarton, George. (1959). 과학의 역사: 기원전 3세기의 헬레니즘 과학과 문화 뉴욕: Norton Library, Norton & Company Inc. SBN 393005267. pp.343–350.
  16. ^ Lewis, M. J. T. (2001). Surveying Instruments of Greece and Rome. Cambridge University Press. p. 76 at Fn. 45. ISBN 978-0-521-79297-4.
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  18. ^ Wilson, Andrew (2002). "Machines, Power and the Ancient Economy". The Journal of Roman Studies. 92 (7): 1–32. doi:10.1017/S0075435800032135.
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  20. ^ 니덤, 조셉 (1986) 중국의 과학과 문명: 제4권, 물리와 물리기술; 제2부, 기계공학. 타이베이: Caves Books Ltd. pp.229, 231.
  21. ^ "3-Axis Handheld GoPro Gimbals". gimbalreview.com. GimbalReview. 2017. Retrieved 7 May 2017.
  22. ^ "Article". Soviet Journal of Optical Technology. Optical Society of America, American Institute of Physics. 43 (3): 119. 1976.
  23. ^ Dietsch, Roy (2013). Airborne Gimbal Camera – Interface Guide.
  24. ^ Bihari, Nupur; Dash, Smruti Prasad; Dhankani, Karankumar C.; Pearce, Joshua M. (2018-12-01). "3-D printable open source dual axis gimbal system for optoelectronic measurements" (PDF). Mechatronics. 56: 175–187. doi:10.1016/j.mechatronics.2018.07.005. ISSN 0957-4158. S2CID 115286364.

외부 링크

  • 위키미디어 커먼즈의 짐벌 관련 미디어