常平架簡介

支撐任何物體（如儀表）的裝置，它能在支撐座傾斜時仍保持水平狀態(tài)，就叫作常平架。

常平架是一個樞軸支撐，允許物體圍繞單個軸旋轉。 可以使用一組三個萬向架，一個以正交的樞轉軸線安裝在另一個上，允許安裝在最內側萬向架上的物體保持獨立于其支撐件的旋轉（例如在第一動畫中垂直）。 例如，在一艘船上：陀螺儀，船上指南針，爐子，甚至飲料持有人通常使用萬向表來保持它們相對于地平線的直立，盡管船舶的俯仰和滾動。

在意大利數(shù)學家和物理學家Gerolamo Cardano（1501-1576）詳細描述之后，用于安裝羅盤等的常平架懸架有時被稱為Cardan懸架。 但是，卡多諾并沒有發(fā)明萬向節(jié)，他也沒有聲稱。 該裝置自古以來就已知道，首先在第三c。 BCE由拜占庭的Philo，雖然一些現(xiàn)代作家支持它可能沒有一個可識別的發(fā)明家。

這常平架首先由希臘發(fā)明家菲羅的拜占庭（公元前280-220年）描述。 Philo描述了一個八面墨盒，每側都有一個開口，可以轉動，使得當任何一個臉都在上面時，一個筆可以被浸漬和著墨 - 但墨水永遠不會從另一邊的孔中流出。這是通過在中心的墨水瓶的懸掛完成的，該中心安裝在一系列同心的金屬環(huán)上，使得它保持靜止，無論鍋被轉動。

在中國，漢代（公元前202年 - 公元220年）發(fā)明人丁煥在公元前180年創(chuàng)造了一個萬向香爐。在公元前2世紀早期的西馬仙（179-117 BCE）的寫作中，有一個提示，這個常平架在中國存在。在梁朝（502-557）中提到的是，萬用的鉸鏈是門窗，一名工匠曾經(jīng)向便攜式暖氣爐提供了使用常平架的吳澤田女士（690-705）。用于香爐燃燒器的中國萬用表的標本可追溯到唐代初期（618-907），并且是中國銀石匠傳統(tǒng)的一部分。

Philo對萬事通暫停的描述的真實性受到一些作者的懷疑，理由是描述使用萬向節(jié)的Philo的氣象部分僅在九世紀初的阿拉伯語翻譯中存活。因此，漢學家約瑟夫·約瑟姆（Joseph Needham）早在1965年就懷疑阿拉伯。然而，仍然為現(xiàn)代學者提供依據(jù)的法語翻譯作者卡拉·德·沃克認為氣象基本上是真正的?？萍际穼W家喬治·薩頓（George Sarton，1959）也認為，假設阿拉伯語版本是對Philo的原創(chuàng)者的忠實復制是安全的，并且明確授予Philon的發(fā)明。他的同事Michael Lewis（2001）也是如此。事實上，后者的研究（1997）表明，阿拉伯文復制品包含希臘字母的序列，在1世紀后不再使用，從而加強了它是希臘文原文的忠實副本。最近也被古典主義者安德魯·威爾遜（Andrew Wilson）（2002）分享。

古代作家雅典娜機械師在奧古斯都統(tǒng)治時期（公元前30年至公元十四年）寫道，描述了一種萬向架式機制的軍事用途，稱之為“小猿”（pithêkion）：準備從海上攻擊沿海城鎮(zhèn)在那邊，軍事工程師們一起把貨船綁在一起，把圍攻機器帶到墻上。但是為了防止船載機械在重型海域的甲板上滾動，雅典娜建議“你必須在附近的商船上固定平臺，使機器在任何角度保持直立”。

古代以后，萬維網(wǎng)在近東仍然廣為人知。在拉丁美洲西部，參考該裝置再次出現(xiàn)在9世紀食譜中，叫做“小鑰匙”（Mackae clavicula）。法國發(fā)明家Villard de Honnecourt在他著名的素描本中描繪了一組萬向架。在現(xiàn)代早期，干指環(huán)被暫停在萬歲。

在一組安裝在一起的三個常平架中，每個都提供一定程度的自由度：滾動，俯仰和偏航

在慣性導航中，如適用于船舶和潛艇，至少需要三個常平架，以允許慣性導航系統(tǒng)（穩(wěn)定臺）在慣性空間中保持固定，從而補償船舶偏航，俯仰和滾動的變化。在這個應用中，慣性測量單元（IMU）配備有三個正交安裝的陀螺儀，用于檢測三維空間中所有軸的旋轉。通過每個萬向節(jié)軸上的驅動電機將陀螺儀輸出保持為零，以保持IMU的方向。為了實現(xiàn)這一點，陀螺儀誤差信號通過安裝在三個萬向節(jié)，滾動，俯仰和偏航上的“解析器”。這些解析器根據(jù)每個萬向角執(zhí)行自動矩陣變換，使得所需的扭矩被傳遞到適當?shù)娜f向軸。偏航扭矩必須通過滾轉和俯仰變換來解決。萬向角從未測量過。飛機上使用類似的傳感平臺。

在慣性導航系統(tǒng)中，當車輛旋轉時，可能會發(fā)生萬向節(jié)鎖定，導致三個萬向環(huán)中的兩個在其單個平面中與其樞軸對準。當這種情況發(fā)生時，不可能保持感測平臺的方向。

在航天器推進中，火箭發(fā)動機通常安裝在一對萬向節(jié)上，以允許單個發(fā)動機在俯仰和偏轉軸線上傳播推力;或者有時每個引擎只提供一個軸。為了控制滾動，使用具有差速器或偏航控制信號的雙引擎來提供關于車輛的滾動軸線的扭矩。

“萬向節(jié)”一詞從一個名詞開始。大多數(shù)現(xiàn)代詞典繼續(xù)列舉它。缺乏描述火箭發(fā)動機擺動運動的方便術語，工程師們也開始使用“萬向架”一詞作為動詞。當推動室被附接的執(zhí)行器擺動時，運動被為“gimballed”或“gimballing”。官方火箭文件反映了這種用法。

在便攜式攝影設備中，使用單軸云臺頭來平衡攝像機和鏡頭的移動。這證明在野生動物攝影以及采用非常長而重的遠攝鏡頭的任何其他情況下都是有用的：萬向節(jié)頭圍繞其重心旋轉鏡頭，從而允許在跟蹤移動的物體時輕松平穩(wěn)地操作。

容納多個傳感器的Gyrostabilized Gimbals也用于機載監(jiān)控應用，包括：空中執(zhí)法，管道和電力線檢測，測繪和ISR（情報，監(jiān)視和偵察）。傳感器包括熱成像，日光，低光相機以及激光測距儀和照明器。

手持式三軸萬用表用于穩(wěn)定系統(tǒng)，旨在為相機操作員提供手持式拍攝的獨立性，無需相機振動或震動。由三臺無刷電機驅動，當相機操作員移動相機時，萬向節(jié)能夠將相機的水平保持在所有軸上。慣性測量單元（IMU）響應運動，并利用其三個獨立的電機來穩(wěn)定攝像機。

個邊緣厚重的軸對稱物體(稱為轉子)可繞其對稱軸轉動，轉軸裝在一常平架上。常平架由支承在框架上的兩個圓環(huán)組成，轉子、內環(huán)和外環(huán)的三個轉軸兩兩正交，其交點與轉子的質心重合。

中文名稱：常平架陀螺儀

英文名稱：Gyroscope in gimbal

定義及摘要：一這樣，轉子既不受重力矩的作用，又能在空間任意取向，因此又稱為三自由度陀螺。若不考慮軸承的摩擦和空氣阻力，則由于對質心來說外力矩等于零，轉子的角動量守恒。一旦轉子繞其對稱軸高速轉動起來，不管如何移動或轉動陀螺儀，回轉軸將總是指向空間某一確定的方向。

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