Gimbalconstructies

Gimbalconstructies zijn mechanische systemen die een last toelaten vrij te draaien om een of meerdere assen terwijl de oriëntatie ten opzichte van de omgeving behouden blijft. De kern is een reeks rond-vormige frames (gimbals) die via lagers en scharnieren met elkaar zijn verbonden en waaraan de last is bevestigd. Door het stapelen van meerdere assen kan de last stabiliseren in drie dimensies: meestal 1-, 2- of 3-as gimbals.

Een 1-as gimbal laat rotatie toe rondom één as; een 2-as gimbal beheert twee hoeken (bijv. yaw en pitch); een 3-as gimbal stabiliseert rondom alle drie hoofdassen en wordt veel gebruikt voor camera-stabilisatie.

Belangrijke componenten zijn frames (ringen), assen en lagers, aandrijving (meestal borstelloze DC-motoren), sensoren zoals een IMU en een microcontroller die data fuseert en een regeling uitvoert om beweging tegen te gaan. Balans is cruciaal en gebeurt vaak bij montage, soms automatisch met behulp van sensoren en motoren.

Toepassingen van gimbalconstructies zijn onder meer cinematografie en videoproductie voor stabiele opnames, drones en robotica, satelliet- en antennestabilisatie en maritieme instrumentatie.

Ontwerpuitdagingen omvatten gewicht- en stijfheidsoptimalisatie, backlash en wrijving, resonanties en de complexiteit van besturing. Drie-as-systemen kunnen te maken krijgen met gimbalvergrendeling wanneer twee assen uitlijnen; moderne sensordatafusie en controlealgoritmes beperken dit risico. Historisch stammen de basisprincipes uit maritieme gimbal-systemen en navigatieapparatuur.