Caractérisation et validation des capteurs podaux

L’enjeu de ces capteurs est de caractériser les efforts exercés par le kayakiste au niveau du cale pied de façon à dissocier pied droit et pied gauche. Les difficultés sont l’implémentation en kayak au regard de l’espace disponible et la fixation du montage sur les rails positionnés dans ce bateau.

o Cahier des charges fonctionnel capteurs podaux

Comme pour le capteur assise, ne sont reportés ici que les points spécifiques à ce type de capteur. Ainsi, ce capteur :

− Permet des étendues de mesure de 0 à 1000 N sur l’axe vertical, et de -250 N à 250 N

sur les axes qui définissent le plan du capteur. Les étendues de mesure doivent être atteignables simultanément. Les composantes de moment doivent être suffisamment élevées pour détecter toute position du centre de pression dans le repère associé au capteur, qui possède un vecteur force atteignant les composantes maximales de force présentées ci-dessus.

− Doit préciser les spécifications techniques, en particulier la précision, la linéarité et l’hystérésis des signaux, et le couplage entre les axes (en fonction de la technologie proposée).

− Doit permettre l’acquisition des composantes du torseur des efforts de contact : Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz, évaluées dans le référentiel du capteur.

− Doit permettre un démontage et un remontage facile, sans perturbation de

l’étalonnage.

− Doit pouvoir s'insérer facilement dans un kayak de course en ligne.

3.6.1 Solution proposée par la société Sensix

Afin de mesurer les forces asymétriques, côtés gauche et droit, pendant le mouvement de pagayage, le cale-pied est divisé en deux parties. Ce cale-pied comprend deux capteurs Sensix avec les caractéristiques montrées dans le Tableau 18. Ces deux capteurs sont mis en place sur un support qui permet aussi de glisser et d’assurer l’ensemble du montage sur les rails du chariot (bateau).

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Tableau 18 : Etendue de mesure du capteur dédié à la mesure des efforts podaux

Force (N) Moment (N.m)

Etendue de mesure Fx Fy Fz Mx My Mz

simultanée 250 250 1000 105 105 55

par composante 3340 3370 9900 177 204 239

Le capteur podal est positionné avec une inclinaison approximative de 60° et il peut être déplacé suivant l’axe antéro-postérieur d’une course de 16,5 cm pour adapter sa position à l’anthropométrie du kayakiste. Ce capteur peut être mis en place sur l’ergomètre ou sur le bateau.

3.6.2 Caractérisation du capteur podaux

Afin d’évaluer les effets de couplage entre les rails et le capteur, une procédure de validation est développée. Une fois les capteurs podaux mis en place, nous constatons un assemblage imparfait entre les capteurs et les rails ; en conséquence des cales métalliques sont ajoutées pour éliminer ce jeu (1,5 mm) entre les pièces. Consécutivement, un montage en bois est fabriqué et posé sur chaque capteur pied droit et pied gauche, afin d’évaluer la réponse du capteur à un effort connu (Figure 66). Des efforts de 0, 49, 98, 147, 196, 245, 294 N, et 343 N, sont appliqués (masses étalon) et la réponse simultanée des deux capteurs est enregistrée pour évaluer aussi un possible effet de non dissociation du pied droit et pied gauche. Ces efforts sont comparés avec la réponse du capteur obtenue grâce à sa matrice d’étalonnage de premier ordre.

118 La force appliquée est comparée avec le module de la force mesurée par le capteur. Dans un premier temps une erreur relative moyenne de 4±1% est trouvée pour chaque capteur. Cependant, lorsqu’un effort est appliqué sur un capteur, cet effort est aussi mesuré en partie par l’autre. Dit autrement, l’effort appliqué sur une bride (droite ou gauche) génère une déformation qui est communiquée via le support commun aux deux capteurs. Apres plusieurs tests, nous avons trouvé qu’approximativement pour 100% d’un effort appliqué sur un capteur, 95% sont mesurés par le capteur sur lequel l’effort est appliqué et 2.7% sont mesurés par l’autre capteur. Cet effort mesuré par le deuxième capteur reste relativement constant sur toute la plage de mesure évaluée.

Suite à ces résultats, une nouvelle pièce est mise en place afin de diminuer la flexion du support des capteurs et d’éliminer ainsi la communication des efforts entre les deux capteurs (Figure 67). Cette pièce est conçue de façon à ne pas apporter une masse importante au système (230 g) et aussi pour ne pas modifier sa mise en place dans le chariot ou le bateau.

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Figure 68 : Comparaison des masses étalon et la norme des forces mesurées par le capteur podaux A) Capteur droit B) Capteur gauche

Tableau 19 :Pourcentage mesuré pour chaque capteur avant et après avoir ajouté la pièce de rigidification. Effort appliqué sur le capteur pied droit

Norme de l’effort appliqué sur le Capteur Pied Droit

(N)

Pourcentage mesuré pour chaque capteur (avant d’avoir ajouté la pièce)

Pourcentage mesuré pour chaque capteur (après

avoir ajouté la pièce)

C. Droit(%) C. Gauche(%) C. Droit(%) C. Gauche(%)

49,05 95,51 1,89 99,69 0,53 98,10 95,43 2,73 99,32 0,37 147,15 95,48 2,43 99,16 0,43 196,20 95,20 2,74 99,31 0,43 245,25 95,10 2,69 99,11 0,35 294,30 95,85 2,79 99,34 0,29 343,350 95,90 2,74 99,29 0,32

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Tableau 20 :Pourcentage mesuré pour chaque capteur avant et après avoir ajouté la pièce de rigidification. Effort appliqué sur le capteur pied gauche

Norme de l’effort appliqué sur le

Capteur Pied Gauche(N)

Pourcentage mesuré pour chaque capteur (avant d’avoir ajouté la pièce)

Pourcentage mesuré pour chaque capteur (après

avoir ajouté la pièce)

C. Droit(%) C. Gauche(%) C. Droit(%) C. Gauche(%)

49,05 96,27 3,28 99,65 0,18 98,10 96,25 3,20 99,62 0,09 147,15 96,55 3,17 99,74 0,06 196,20 96,24 3,03 99,54 0,31 245,25 96,35 3,06 99,53 0,20 294,30 96,25 3,29 99,41 0,29 343,350 96,10 3,41 99,48 0,30

Une nouvelle batterie de tests est effectuée pour valider le nouveau montage (Figure 68). Pour 100% de l’effort appliqué sur un capteur, 99% sont mesurés par le capteur sur lequel l’effort est appliqué et 0,2% mesuré par l’autre capteur (voir Tableau 19 et Tableau 20). Ainsi, la pièce a amélioré la rigidité nécessaire pour isoler le fonctionnement de chaque capteur. De plus, la matrice d’étalonnage fournie par la société Sensix a montré un meilleur comportement ; une erreur maximale de 0.8% sur la plage de mesure testée a été trouvée.