常平架應(yīng)用

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

在慣性導(dǎo)航中，如適用于船舶和潛艇，至少需要三個(gè)常平架，以允許慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（穩(wěn)定臺(tái)）在慣性空間中保持固定，從而補(bǔ)償船舶偏航，俯仰和滾動(dòng)的變化。在這個(gè)應(yīng)用中，慣性測(cè)量單元（IMU）配備有三個(gè)正交安裝的陀螺儀，用于檢測(cè)三維空間中所有軸的旋轉(zhuǎn)。通過每個(gè)萬(wàn)向節(jié)軸上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)將陀螺儀輸出保持為零，以保持IMU的方向。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，陀螺儀誤差信號(hào)通過安裝在三個(gè)萬(wàn)向節(jié)，滾動(dòng)，俯仰和偏航上的“解析器”。這些解析器根據(jù)每個(gè)萬(wàn)向角執(zhí)行自動(dòng)矩陣變換，使得所需的扭矩被傳遞到適當(dāng)?shù)娜f(wàn)向軸。偏航扭矩必須通過滾轉(zhuǎn)和俯仰變換來(lái)解決。萬(wàn)向角從未測(cè)量過。飛機(jī)上使用類似的傳感平臺(tái)。

在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，當(dāng)車輛旋轉(zhuǎn)時(shí)，可能會(huì)發(fā)生萬(wàn)向節(jié)鎖定，導(dǎo)致三個(gè)萬(wàn)向環(huán)中的兩個(gè)在其單個(gè)平面中與其樞軸對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，不可能保持感測(cè)平臺(tái)的方向。

在航天器推進(jìn)中，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)通常安裝在一對(duì)萬(wàn)向節(jié)上，以允許單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)在俯仰和偏轉(zhuǎn)軸線上傳播推力;或者有時(shí)每個(gè)引擎只提供一個(gè)軸。為了控制滾動(dòng)，使用具有差速器或偏航控制信號(hào)的雙引擎來(lái)提供關(guān)于車輛的滾動(dòng)軸線的扭矩。

“萬(wàn)向節(jié)”一詞從一個(gè)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(dòng)機(jī)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的方便術(shù)語(yǔ)，工程師們也開始使用“萬(wàn)向架”一詞作為動(dòng)詞。當(dāng)推動(dòng)室被附接的執(zhí)行器擺動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)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(shè)備中，使用單軸云臺(tái)頭來(lái)平衡攝像機(jī)和鏡頭的移動(dòng)。這證明在野生動(dòng)物攝影以及采用非常長(zhǎng)而重的遠(yuǎn)攝鏡頭的任何其他情況下都是有用的：萬(wàn)向節(jié)頭圍繞其重心旋轉(zhuǎn)鏡頭，從而允許在跟蹤移動(dòng)的物體時(shí)輕松平穩(wěn)地操作。

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

手持式三軸萬(wàn)用表用于穩(wěn)定系統(tǒng)，旨在為相機(jī)操作員提供手持式拍攝的獨(dú)立性，無(wú)需相機(jī)振動(dòng)或震動(dòng)。由三臺(tái)無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)相機(jī)操作員移動(dòng)相機(jī)時(shí)，萬(wàn)向節(jié)能夠?qū)⑾鄼C(jī)的水平保持在所有軸上。慣性測(cè)量單元（IMU）響應(yīng)運(yùn)動(dòng)，并利用其三個(gè)獨(dú)立的電機(jī)來(lái)穩(wěn)定攝像機(jī)。

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(gè)八面墨盒，每側(cè)都有一個(gè)開口，可以轉(zhuǎn)動(dòng)，使得當(dāng)任何一個(gè)臉都在上面時(shí)，一個(gè)筆可以被浸漬和著墨 - 但墨水永遠(yuǎn)不會(huì)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(wú)論鍋被轉(zhuǎn)動(dòng)。

在中國(guó)，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(gè)萬(wàn)向香爐。在公元前2世紀(jì)早期的西馬仙（179-117 BCE）的寫作中，有一個(gè)提示，這個(gè)常平架在中國(guó)存在。在梁朝（502-557）中提到的是，萬(wàn)用的鉸鏈?zhǔn)情T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(guó)萬(wàn)用表的標(biāo)本可追溯到唐代初期（618-907），并且是中國(guó)銀石匠傳統(tǒng)的一部分。

Philo對(duì)萬(wàn)事通暫停的描述的真實(shí)性受到一些作者的懷疑，理由是描述使用萬(wàn)向節(jié)的Philo的氣象部分僅在九世紀(jì)初的阿拉伯語(yǔ)翻譯中存活。因此，漢學(xué)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(xué)者提供依據(jù)的法語(yǔ)翻譯作者卡拉·德·沃克認(rèn)為氣象基本上是真正的?？萍际穼W(xué)家喬治·薩頓（George Sarton，1959）也認(rèn)為，假設(shè)阿拉伯語(yǔ)版本是對(duì)Philo的原創(chuàng)者的忠實(shí)復(fù)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(shí)上，后者的研究（1997）表明，阿拉伯文復(fù)制品包含希臘字母的序列，在1世紀(jì)后不再使用，從而加強(qiáng)了它是希臘文原文的忠實(shí)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(jī)械師在奧古斯都統(tǒng)治時(shí)期（公元前30年至公元十四年）寫道，描述了一種萬(wàn)向架式機(jī)制的軍事用途，稱之為“小猿”（pithêkion）：準(zhǔn)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(jī)器帶到墻上。但是為了防止船載機(jī)械在重型海域的甲板上滾動(dòng)，雅典娜建議“你必須在附近的商船上固定平臺(tái)，使機(jī)器在任何角度保持直立”。

古代以后，萬(wàn)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(jì)食譜中，叫做“小鑰匙”（Mackae clavicula）。法國(guó)發(fā)明家Villard de Honnecourt在他著名的素描本中描繪了一組萬(wàn)向架。在現(xiàn)代早期，干指環(huán)被暫停在萬(wàn)歲。

常平架是一個(gè)樞軸支撐，允許物體圍繞單個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。 可以使用一組三個(gè)萬(wàn)向架，一個(gè)以正交的樞轉(zhuǎn)軸線安裝在另一個(gè)上，允許安裝在最內(nèi)側(cè)萬(wàn)向架上的物體保持獨(dú)立于其支撐件的旋轉(zhuǎn)（例如在第一動(dòng)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(wàn)向表來(lái)保持它們相對(duì)于地平線的直立，盡管船舶的俯仰和滾動(dòng)。

在意大利數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家Gerolamo Cardano（1501-1576）詳細(xì)描述之后，用于安裝羅盤等的常平架懸架有時(shí)被稱為Cardan懸架。 但是，卡多諾并沒有發(fā)明萬(wàn)向節(jié)，他也沒有聲稱。 該裝置自古以來(lái)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(gè)可識(shí)別的發(fā)明家。

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

個(gè)邊緣厚重的軸對(duì)稱物體(稱為轉(zhuǎn)子)可繞其對(duì)稱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸裝在一常平架上。常平架由支承在框架上的兩個(gè)圓環(huán)組成，轉(zhuǎn)子、內(nèi)環(huán)和外環(huán)的三個(gè)轉(zhuǎn)軸兩兩正交，其交點(diǎn)與轉(zhuǎn)子的質(zhì)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(zhuǎn)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(duì)質(zhì)心來(lái)說(shuō)外力矩等于零，轉(zhuǎn)子的角動(dòng)量守恒。一旦轉(zhuǎn)子繞其對(duì)稱軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，不管如何移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)陀螺儀，回轉(zhuǎn)軸將總是指向空間某一確定的方向。

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