ジンバル

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2軸のジンバルの図解

ジンバル: Gimbal)は、1つの軸を中心として物体を回転させる回転台の一種である。軸が直交するようにジンバルを設置すると、内側のジンバルに載せられた物体の向きを常に一定に保つことができる。例えば船舶や航空機に搭載された、ジャイロスコープ羅針盤焜炉、ドリンクホルダーなどが一般にジンバルを使って地平線に対して常に垂直を向くようになっている。

慣性航法[編集]

船舶[編集]

船舶や潜水艦における慣性航法では、慣性航法装置を設置する台として少なくとも3つのジンバルを必要とする。それによって装置が重力方向に対して固定され、船の横揺れ、縦揺れ、偏揺れの影響を受けないようになる。この場合、慣性計測装置に3方向に直交するよう設置されたジャイロを装備し、3次元空間のあらゆる方向の回転を検出する。ジャイロの出力は3つのジンバルの向きを制御するモーターを駆動し、慣性計測装置の向きが一定になるようにする。レゾルバと呼ばれる角度計測装置が3つのジンバル上に装備され、9つのコサイン値を提供し、船の向きを決定するのに使われる。

ジンバルロック[編集]

航空宇宙分野の慣性航法システムのジャイロにおけるジンバルなど、3軸の全てに自由な運動がある場合は、機体の回転によって3つのジンバルリングのうち2つの軸が同一平面上にそろってしまうジンバルロック英語版という現象が発生しうる。発生すると、本来3あるはずの自由度が2になってしまう。この問題を回避するため、4番目のジンバルを追加するなどして、ジンバル間の角度を保つようにする。最近では、ジンバルを全く使わずに角(加)速度センサによって高精度に角(加)速度を検出し、それを計算機で数値積分し姿勢を逆算するという手法もある。

また物理的な問題ばかりではなく、慣性航法システムのコンピュータプログラムや3次元コンピュータグラフィックスなどにおいて、オイラー角で3次元の姿勢を表現する場合にも全く同様の問題があり、それらで発生する問題もジンバルロックと呼んでいる。表現においては、四元数を使うのが回避法のひとつである。

ロケットエンジン[編集]

宇宙船のロケットエンジンは、一般に2つのジンバル上に設置され、噴射方向を変化させられるようになっている。また、各エンジンを1つのジンバル上に設置する方式もある。ジンバルの作動範囲を超えた場合ジンバルロックが起こり、制御不能になる。

釣り[編集]

大物釣りでは、2軸のジンバルを使って釣竿を固定する場合がある。ジンバルは、ファイティングベルトやファイティングチェアと呼ばれる器具に設置される。ジンバル内には釣竿を引っ掛けるピンがあり、竿自体が回転するのを防ぐようになっている。

関連項目[編集]