Caractérisation et validation du capteur assise

Afin de mesurer la force de contact entre le chariot et les fesses du kayakiste, il est nécessaire de placer une plateforme de force entre ces deux éléments. L’idée est de pouvoir utiliser cette plateforme de force tant en condition ergométrique qu’en condition écologique de pratique implémentée dans un kayak. Il s’agit alors d’une plateforme de petites dimensions, en particulier au niveau de la hauteur. En effet, l’espace dans un kayak est très contraint : pour

112 être navigable, le centre de gravité du kayakiste ne doit pas être relevé ; les pieds et l’assise doivent être contenus dans un même plan.

o Cahier des charges fonctionnel capteur « assise »

Le cahier des charges fonctionnel de ce capteur reprend en grande partie les spécifications techniques de celui établi pour les capteurs préhension, notamment au niveau des connectiques, des conditions d’utilisation, etc. Ne sont reportés ici que les points spécifiques à ce capteur. Ainsi, ce capteur :

− Permet des étendues de mesure de 0 à 1500 N sur l’axe vertical, et de -500 N à 500 N

sur les axes qui définissent le plan de la plateforme. 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.

− Doit avoir une masse la plus faible possible, en tout état de cause n'excédant pas les 500 grammes, électronique et câble compris.

− Doit avoir une hauteur la plus faible possible, en tout état de cause n'excédant pas 30 mm, afin de perturber le moins possible l'installation des athlètes dans le kayak de course en ligne.

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o Solution proposée par la société Sensix

La société Sensix a proposé un capteur six composantes accompagné de brides supérieure et inférieure très fines afin de limiter la hauteur de l’ensemble (Figure 65). Lors de l’application d’un effort sur ce capteur, ces brides se déforment. L’estimation des efforts est donc nécessairement obtenue à l’aide d’une matrice de calibration de deuxième ordre. Les caractéristiques nominales de ce capteur sont synthétisées Tableau 17.

Tableau 17 : Etendue de mesure du capteur assise

Force (N) Moment (N.m)

Etendue de mesure Fx Fy Fz Mx My Mz

simultanée 500 500 1500 160 160 120

par composante 3150 3370 7500 303 350 509

Un siège en carbone surbaissé est encastré sur la bride supérieure. La diminution de sa hauteur est importante pour sa mise en place car il est nécessaire de compenser la hauteur du capteur dans le montage. La mesure entre le fond du bateau et la partie avant supérieure du siège doit être approximativement de 10,5 ±1,5 cm. La bride inférieure est encastrée sur le bâti de l’ergomètre ou le kayak. Quatre vis permettent de positionner facilement et rapidement ce capteur de l’un à l’autre.

3.5.1 Caractérisation du capteur assise

La validation du capteur assise est faite en deux parties ; d’abord une validation en statique du capteur, puis une validation de l’ensemble du montage est effectuée. La validation du capteur est réalisée avec une procédure de charge et décharge de masses étalon suivantes : 0, 49, 98, 147, 196, 245 et 296 N. Ces charges sont appliquées sur le capteur en quatre points différents et aux extrémités du capteur (Figure 65 A). Un premier contact est effectué dans la zone arrière gauche du capteur (G2), puis à l’avant droit (D1), puis à l’arrière droit (D2) et finalement à l’avant gauche (G1). Sur la plage de mesure évaluée, l’erreur relative moyenne est de 0,81±0,67%. Ce qui nous indique un bon comportement du capteur.

Ensuite une validation en dynamique du montage capteur-siège est effectuée. De cette façon, il sera possible de quantifier l’erreur due à la mise en place du siège en carbone sur le capteur

114 et ainsi de pouvoir prendre en compte la déformation du siège dans la matrice d’étalonnage. Le siège est mis en place sur le capteur et le montage est validé en dynamique selon la procédure suivante :

- Le capteur assise est fixé sur une plateforme de forces Sensix avec une plage de mesure

des forces possibles, simultanément de Fx= 5000 N et Fz=10000 N et de moments de Mx=My=2000Nm et Mz=1500Nm avec une erreur combinée (linéarité et hystérésis) de moins de 1% sur la plage.

- Cinq sujets de masses différentes 80±10 Kg ont participé à cette validation. Chaque sujet

s’assoie sur le montage et effectue de mouvements dans toutes les directions (Figure 65 C). Ensuite, les résultats obtenus par le capteur assise sont comparés à ceux mesurés par la plateforme de forces.

-

Figure 63 : Comparaison de forces sur « x », »y » et « z » pour le capteur assise et la plateforme de force Sensix. En rouge, le signal du capteur assise calculé par une matrice de deuxième ordre. En noir, le signal de

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Figure 64 : Comparaison des moments sur « x », « y » et « z » pour le capteur assise et la plateforme de force Sensix. En rouge, le signal du capteur assise calculé par une matrice de deuxième ordre. En noir, le signal de

la plateforme de force

Figure 65 : Validation capteur assise

Pour les cinq sujets, l’erreur relative moyenne est de -7,4±4,5% ; suite à ces résultats une nouvelle matrice d’étalonnage, prenant en compte les affects de couplage entre le siège et le capteur, est déterminée. Cette matrice d’étalonnage de deuxième ordre est développée par la société Sensix et ensuite validée avec les donnés acquises pendant les expériences. Cette nouvelle matrice d’étalonnage offre une erreur relative moyenne de 2,1±1,0% pour la totalité des expériences. Cette nouvelle matrice améliore les résultats précédents et nous offre un écart type moins important donc une meilleure fiabilité dans la réponse du capteur.

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