Caractérisation des capteurs 600 N (C1-A et C2-A) à partir d’un montage horizontal

montage horizontal

o Protocole expérimental

La matrice d’étalonnage de premier ordre des capteurs C1-A et C2-A et l’influence de leur mise en place sur le manche en carbone de la pagaie ont été évaluées avec un montage qui place le grand axe de ce manche à l’horizontale. L’objectif des expérimentations est de s’assurer que la réponse du capteur implémenté sur le manche de la pagaie fournit une réponse conforme aux spécifications données par le constructeur. Pour ce faire, le protocole expérimental suivant a été mis en place :

− Le manche carbone de la pagaie est disposé sur trois supports verticaux de même longueur. L’horizontalité du manche est vérifiée. Ces trois points d’appui permettent d’isoler chacun des capteurs ;

− Un dispositif de 103,6 N composé de deux masses étalon (10 kg soit 98,1 N), d’une tige (support) et d’une sangle (largeur : 25 mm) assurant un appui surfacique est positionné à différents emplacements sur le manche notés A, B, C, D suivant une orientation spécifique du capteur (Figure 43) ;

− Quatre positionnements du centre de la sangle ont été identifiés. Les trois emplacements situés sur la surface de préhension du capteur ont été repérés. Cinq essais sont enregistrés aux emplacements suivants :

o (A) situé en dehors de la surface de saisie du capteur afin de s’assurer qu’un effort appliqué sur le manche ne bruite pas le signal fourni par le capteur ;

o (B) situé à l’extrémité extérieure de la zone du capteur, à 145 mm de l’origine du repère associé au capteur selon l’axe Oz ;

o (C) situé au centre de la zone de saisie, à 90 mm de l’origine du repère associé au capteur selon l’axe Oz ;

o (D) situé à l’extrémité intérieure de la zone de saisie à 40 mm de l’origine du repère associé au capteur selon l’axe Oz ;

o Et enfin de nouveau en (A), position initiale afin de s’assurer que le signal fourni par le capteur est identique à celui mesuré lors du premier essai.

− Quatre orientations du capteur (O1, O2, O3, O4) ont été évaluées aux positions B, C et D.

82 Pour chaque capteur, ce protocole a été répété cinq fois successivement soit un total de 140 essais (1 masse, 5 positions, 4 orientations, 5 essais, 2 capteurs).

Figure 43 : Dispositif expérimental horizontal avec capteurs C1-A et C2-A implémentés sur la pagaie

o Analyse des résultats

Les données discrètes obtenues pour les trois positions (A, B et C) ont été concaténées en un seul fichier pour faciliter l’analyse. La réponse fournie par chacun des deux capteurs et la masse étalon appliquée au capteur ont été comparées en termes de module de force. Pour chaque groupe de données discrètes, l’erreur relative, définie comme étant l’écart entre la valeur mesurée et la valeur de référence, est calculée. Une valeur moyenne et écart type par positionnement sont calculés. Enfin, la moyenne et l’écart type des trois positionnements par capteur sont calculés.

o Résultats

L’application d’un effort sur le manche (position A) n’a pas d’influence sur l’offset du capteur. Des différences importantes sont observées entre les valeurs de référence et les valeurs estimées par les deux capteurs avec une matrice de calibration de premier ordre (Figure 44). Les résultats obtenus sont fonction du capteur (C1-A et C1-B), de la position de la

sangle (B, C et D) et de l’orientation du capteur (O1, O2, O3 et O4). Le capteur C1-A fournit des réponses relativement proches de la valeur étalon pour les orientations O1 et O3 ; cependant pour les orientations O2 et O4, les résultats obtenus ne sont pas satisfaisants. Pour le capteur C2-A, aucune orientation ou position ne fournit de réponse satisfaisante.

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Figure 44 : Comportement des capteurs C1-A et C2-A obtenu à partir d’une matrice d’étalonnage de première ordre.

Les différences observées ont tendance à augmenter lorsque la masse étalon est appliquée vers l’extrémité de la zone de saisie (Tableau 7). Le capteur C2-A fournit des résultats entachés d’une erreur plus importante en comparaison de ceux obtenus pour le capteur C1-A (+6% en moyenne). Cette tendance est confirmée pour chacun des emplacements. Un écart minimal de 1% et 4% est observé pour respectivement les capteurs C1-A et C2-A. L’écart maximal est de 34% et 40% pour ces capteurs.

Tableau 7 : Résultats de l'expérience manche non-incliné (matrice de premier ordre).

Erreur relative moyenne (%) Moyenne (%)

B C D

Capteur C1-A 17,26±15,21 12,46±9,45 9,06±8,08 12,93±10.90

Capteur C2-A 25,80±14,43 19,19±10,12 13,47±9,17 19,49±11,24

o Discussion

Ce premier protocole de caractérisation des capteurs préhension 600 N (C1-A et C2-A) a été réalisé avec une masse étalon relativement faible (103,6 N) au regard de la valeur nominale

84 des capteurs. Il n’en demeure pas moins que le comportement des capteurs s’avère être fonction du point d’application de la force et de l’orientation du capteur. Ces résultats sont loin d’être satisfaisants. Notre objectif est de nous rapprocher des incertitudes admises pour ce type de capteur, de l’ordre de 1% de l’étendue de mesure. Les pistes d’améliorations sont de plusieurs ordres.

Elles concernent en premier lieu la prise en compte du comportement non linéaire du capteur implémenté sur le manche en carbone de la pagaie de kayak. La caractérisation d’une matrice d’étalonnage de second ordre devrait permettre d’améliorer la réponse fournie par le capteur. Pour cela, il est nécessaire de développer un nouveau dispositif expérimental sollicitant plusieurs poutres du corps d’épreuve aussi bien en traction qu’en compression. La position horizontale du capteur ne sollicitait que peu de poutre simultanément. Cette méthode est décrite dans la section suivante de ce manuscrit. Cette solution, si elle s’avère fournir une réponse satisfaisante du capteur revient à dédier les capteurs préhension à cette application, sur ce montage. La moindre modification entrainerait de caractériser à nouveau la matrice d’étalonnage de second ordre. Cette solution n’est donc satisfaisante que dans une moindre mesure.

Il convient en deuxième lieu de travailler sur la structure du capteur afin de le rigidifier. Cette action peut être réalisée en modifiant le diamètre intérieur de la surface de saisie, c’est à dire en rigidifiant cette partie du capteur et en éloignant du corps d’épreuve, le support de fixation sur le manche de la poignée. Les tensions sans charge du capteur déterminant le zéro électrique se sont montrées très sensibles aux efforts de serrage pour maintenir le capteur sur le manche. L’ajout de structures intermédiaires entre la zone de serrage et le corps d’épreuve devrait atténuer, voire supprimer cette sensibilité. L’objectif ici est d’obtenir une caractérisation des efforts appliqués sur le capteur à partir d’une matrice de calibration de premier ordre. Ce sujet est de première importance, car si cet objectif est atteint, cela permettrait d’implémenter les capteurs sans avoir à utiliser la procédure de caractérisation pour une matrice de second ordre. Cette facilité d’utilisation sera obtenue au détriment du poids et de l’encombrement de l’ensemble.

En troisième lieu, le travail portera sur l’étude de la sensibilité du capteur au diamètre du cylindre de fixation. Les recommandations données par le constructeur préconisent une tolérance G6. Pour notre application, ces capteurs sont implémentés sur un manche carbone dont le diamètre ne peut être usiné tel qu’il pourrait l’être sur une pièce en alliage. Le

85 diamètre n’est donc pas exactement de 25,1 mm et surtout, il n’est pas constant sur la longueur du support de fixation du capteur. Cela peut être le cas pour beaucoup d’autres applications. La question est de savoir s’il est possible d’utiliser une matrice d’étalonnage de premier ordre pour ce type d’implémentation. La meilleure solution est toujours de prototyper un cylindre de fixation aux spécifications constructeur mais cela n’est pas toujours possible sans avoir des conséquences importantes sur les caractéristiques mécaniques de l’objet manipulé, comme par exemple dans le cas d’une rame d’aviron.

L’ensemble de ces améliorations est présenté dans les sections suivantes de ce manuscrit. Les résultats qui en sont issus permettent de formuler des recommandations quant à l’utilisation de ces capteurs.