Gimbal, bir objenin tek eksende dönüşünü sağlayan bir pivotlu destektir. Birbirinin pivot eksenleri üzerine dik olarak binmiş üçlü gimbal seti en içtekine konulmuş bir objenin desteğinin dönüşünden bağımsız bir şekilde kalmasını sağlar. Örneğin gemilerde cayroskop, pusula, ocaklar, hatta içecek yuvaları geminin pitch ve roll hareketinden bağımsız olması amacıyla gimbal kullanır.

Gimbal sistemleri bazen ismini İtalyan fizikçi ve matematikçi Gerolamo Cardano(1501-1576)’dan alarak “Cardan suspension” adını alır. Ancak Cardano gimbali icad etmemişir, ettiğini de iddia etmemiştir. Belli bir mucidi bulunmamasının yanında antik zamanlardan beri kullanılmaktadır.

İki eksenli basit bir gimbal.

3 eksenli bir gimbal.

Tarihi

Gimbal ilk kez Yunan mucit Bizantiyonlu Filyon(MÖ 280-220) tarafından tanımlanmıştır. Filyon, sekiz taraflı, üstte kalan herhangi bir yüzünden kalem batırılabilen ancak sıvı sızdırmayan bir mürekkep kabını anlatmıştır. Bu merkezdeki mürekkep yuvasının bir takım eş merkezli metal halka sistemi sayesinde sabit kalmasıyla mümkün olmuştur.

Filyon’un bu “Cardan suspension” tabirinin gerçekliğinden sadece Pneumatica eserinin MÖ 9. Yüzyılda yazılan Arapça tercümesinde bulunduğu için şüphe eden yazarlar bulunmaktatır. Eserin Fransızca tercümesini yapan Carra de Vaux ise modern alimler için kaynak oluşturan bu eseri özgün olarak nitelendirmektedir.

Teknoloji tarihçisi George Sarton(1959)’da Arapça tercümesinin orjinale sadık kaldığını bildirmiştir ve Filyon’a bu icadı maletmiştir.

Augustus döneminde parlayan antikçağ yazarı Athenaeus Mechanicus, “küçük maymun” adını verdiği gimbalimsi bir mekanizmanın askeri alandaki kullanımını anlatmıştır. Denizden kıyı kasabalarına saldırırken askeri mühendisler ticaret gemilerinin kancalarını kuşatma mekanizmalarını kaldırmak için kullanıyorlardı. Ancak denizde devrilmeyi önlemek adına Athenaeus “küçük maymun”u ticaret gemilerinin ortasına sabitlemek gerektiğini öğütlemiştir.

Villard de Honnecourt tarafından yapılan çizim.

Antik çağlardan sonra gimballer İslam Dünyasında bilinir hale geldi. Batı Avrupa’da ise 9uncu yüzyılda Mappae clavicula isimli kitapta yeniden ortaya çıktı. Fransız mucit Villard de Honnecourt ise ünlü taslaklar kitabında bir gimbal seti resmetmiştir. Ortaçağ ve endüstri devrimi arasında ise kuru pusulalar gimballerin içinde duruyordu.

Çin’de Han Hanedanlığı(MÖ 201- MS 220) zamanında mucit Ding Huan MS 180 sırasında gimbal kullanan bir buhardanlık yarattı. Ayrıca Sima Xiangru(MÖ 179-117) tarafından yazılan eserlerde gimbalin Çin’de ikinci yüzyıldan beri varolduğunu gösteriyor.  Liang Hanedanlığı(502-557) sırasında ise gimballerin kapı ve pencere menteşelerinde kullanıldığı biliniyor. İmparatoriçe Wu Zetian döneminde(690-705) bir artist gimbal içeren taşınabilir soba yapmış ve İmparatoriçe’ye hediye etmiştir. Çin’de Tang Hanedanlığı(618-907)’ndan beri hala gümüş işlemesi için kullanılan gimballer varlığını sürdürmektedir.

Uygulamaları

IMU

Gemilere ve denizaltılara uygulanan bu sistemde eylemsiz durabilmek için en az üç gimbale ihtiyaç vardır. IMU’lar üç eş-eksenli gyroya sahiptir ve üç boyutlu uzaydaki hareketleri algılar. Gyro üç gimbali kontrol eden motorları ayarlayarak IMU’yu sabit tutar. Böylelikle bu üç gimbale bağlı “resolver”lar gemiyi yönlendirmek için gerekli olan yön kosinüsü matrisi için 9 adet kosinüs değeri sağlar.

Benzer platformlar hava araçları için de kullanılır.

Bu sistemlerde üç gimbalden ikisi pivot eksenleriyle hizalanırsa gimbal lock oluşabilir. Bu durumda platformun yönünü algılamak mümkün olmaz.

Roket Motorları

Uzay araçları itişinde, roket motorları genellikle bir çift gimbal üstüne montelenmiştir.

“Gimbal” kelimesi bir isim olarak başlamıştır ve çoğu modern sözlük hala böyle listelemektedir. Roket motorunun salınımsal hareketini betimleyecek bir sözcük bulunmadığından mühendisler gimbal kelimesini bir sıfat olarakta kullanmaktadır.

Fotoğraflama

Gimbller küçük kamera lenslerinden büyük teleskoplara kadar her yerde kullanılmaktadır.

Taşınabilir fotoğrafçılık ekipmanında tek eksenli gimbaler kamera ve lenslerin dengeli hareketi için kullanılmaktadır. Bu genelde vahşi yaşam fotoğrafçılığında veya uzun ve ağır tele lensler kullanılan alanlarda kullanışlıdır. Gimbal kafası lensi ağırlık merkezi çevresinde hareket ettirerek hızlı giden objelerin akıcı şekilde görüntülenmesini sağlar.

Devasa 2 yada 3 eksenli gimballer ise uydudan fotoğraflamada takip amacıyla kullanılır.