une pédale capteur de force imprimée

[Dudulle]

Bonjour à tous

J'avais évoqué le sujet sur le "troquet", depuis je suis passé à la pratique.

L'axe de la pédale vient de aliexpress, il est déjà équipé de roulements (et sur la photo on peut voir que j'ai déjà bien entamé la peinture en serrant...) : https://fr.aliexpress.com/item/1005005980995452.html
J'ai modélisé une pédale autour, avec des logements pour des jauges de contraintes qui s'utilisent par 4, en pont. Ce modèle m'a semblé plus adapté pour s'affranchir des torsions axiales, et comme elles sont fines elles sont plus faciles à insérer dans la pièce : https://fr.aliexpress.com/item/1005007450192472.html

Les trous centraux, où viennent s'appliquer la force mesurée, font 5mm : Je pensais les relier à une plaque en alu avec 4 vis M5 (la tête de la vis au dessus de la plaque et la jauge serrée entre 2 écrous).
J'ai du 7075 en 2mm d'épais, à votre avis est-ce que ça suffira ? Sachant que c'est pour un vélo d'appartement, donc je ne vais pas faire porter tout mon poids sur la pédale.

 

[Dudulle]

Devant ce déferlement de participations enflammées j'ai donc utilisé une plaque de 2mm. La rigidité est nettement suffisante.

J'ai fais une acquisition en pédalant :

C'est vraiment très prometteur. Par contre il y a un détail que je n'avais pas anticipé : Le HX711 (l'amplificateur entre les jauges et l'esp32) a une fréquence d’échantillonnage de 10 Hz max, et parfois le signal est mal mesuré, mais ça se gère facilement en traitant les données.
Si ce n'est pas concluant j'ajouterai une sonde à effet hall pour mesurer la cadence.

 

[fred 69]

Bonjour,
Développement intéressant , je vais suivre.
Je me demande si les jauges vont supporter les cyclages d'effort inhérents à ce type d'utilisation ainsi qu'au petits efforts de cisaillement . Au prix de la jauge tu ne risques par gros !
Bonne continuation

 

[all38]

Devant ce déferlement de participations enflammées j'ai donc utilisé une plaque de 2mm. La rigidité est nettement suffisante.

Voir la pièce jointe 923164

J'ai fais une acquisition en pédalant :
Voir la pièce jointe 923165

C'est vraiment très prometteur. Par contre il y a un détail que je n'avais pas anticipé : Le HX711 (l'amplificateur entre les jauges et l'esp32) a une fréquence d’échantillonnage de 10 Hz max, et parfois le signal est mal mesuré, mais ça se gère facilement en traitant les données.
Si ce n'est pas concluant j'ajouterai une sonde à effet hall pour mesurer la cadence.

Joli projet. Le HX711 a deux fréquences d’échantillonnage disponibles par défaut : 10Hz et 80Hz. Il faut positionner la pin RATE du chip à l’état haut pour avoir 80Hz.
Avec une cadence de pédalage de 60tr/min (ce qu’il y a sur ton graphique), ça te permet d’avoir 8 points a chaque cycle. A vue de nez, la force mesurée va ressembler à une sinus. Si c’est bien le cas, ça te donnera une erreur max de 8% (si mes calculs pifometriques ne sont pas faux…)

 

[gégé62]

Devant ce déferlement de participations enflammées

moi je découvre, je ne l'avais pas vu passer....
C'est le genre de sujet qui va amener d'autres questions....

Je me demande si les jauges vont supporter les cyclages d'effort inhérents à ce type d'utilisation ainsi qu'au petits efforts de cisaillement

tout dépend de la gamme de force pour laquelle elles sont prévues....Dudulle a probablement bien choisi. En principe les jauges elles-mêmes travaillent en traction-compression, le support déformable travaille en flexion.

@Dudulle je suppose que tu veux calculer la puissance de pédalage. Comment as-tu prévu de passer (au niveau du calcul) de la force d'appui mesurée à la puissance ? je suppose qu'il te faut mesurer à tout instant la position angulaire du pédalier, et faire l'intégration qui va bien ?
oui, joli projet !

 

[lion10]

Bonjour
Très intéressante cette mise en pratique de l'électronique embarquée avec des pédales pour mesurer l'effort du cycliste sur ce un home trainer. Transmission sans fil pour transmettre l 'information ...
Il y a 4 capteurs, vu leurs positions j' imagine que si l' axe de la pédale est suffisamment solide alors les capteurs auront une réponse similaire par paire sauf déformation du pied ou force de pédalage sous vos pieds que vous cherchez à contrôler.
Avec des pédales automatiques des cyclistes sur route les efforts seront peut être différents, il vous faudra appliquer une extrapolation ou faire un test d' autres pédales.
Cdlt lion10

 

[Dudulle]

Merci pour vos participations.

Je me demande si les jauges vont supporter les cyclages d'effort inhérents à ce type d'utilisation ainsi qu'au petits efforts de cisaillement

Je pense que ceux ci sont modérés, la pédale a tendance a s'aligner naturellement avec l'effort. En ce qui concerne le nombre de cycle c’est à voir, mais chaque jauge est conçue pour peser jusqu'à 50kg, et ici elles prennent plutôt 10kg.

Joli projet. Le HX711 a deux fréquences d’échantillonnage disponibles par défaut : 10Hz et 80Hz. Il faut positionner la pin RATE du chip à l’état haut pour avoir 80Hz.
Avec une cadence de pédalage de 60tr/min (ce qu’il y a sur ton graphique), ça te permet d’avoir 8 points a chaque cycle. A vue de nez, la force mesurée va ressembler à une sinus. Si c’est bien le cas, ça te donnera une erreur max de 8% (si mes calculs pifometriques ne sont pas faux…)

Oui j'avais vu cette possibilité, mais il va falloir faire de la "micro chirurgie". Si je n'ai pas le choix je verrais pour modifier, mais à la réflexion je me dis que ce n'est peut être pas utile. Comme la puissance évolue assez lentement sur un home trainer il doit être possible mesurer une moyenne sur plusieurs cycles de pédalage. Il faudra juste faire attention à un point : Il y a un risque d'avoir un effet de résonance entre la cadence de pédalage et la fréquence d’échantillonnage, ce qui pourrait amener des valeurs mal prises en compte. Il faudra donc faire varier l'intervalle de mesure de la force, pour ne pas le garder constant.

@Dudulle je suppose que tu veux calculer la puissance de pédalage. Comment as-tu prévu de passer (au niveau du calcul) de la force d'appui mesurée à la puissance ? je suppose qu'il te faut mesurer à tout instant la position angulaire du pédalier, et faire l'intégration qui va bien ?
oui, joli projet !

L'idée est de mesurer la force, calculer le couple connaissant la longueur du levier (13cm), puis de multiplier le couple par la vitesse de rotation pour avoir la puissance. Je pensais calculer une force moyenne (su par exemple les 20 points précédents), mais mathématiquement je me demande si c'est correct. Il faut que je creuse un peu.

Il y a 4 capteurs, vu leurs positions j' imagine que si l' axe de la pédale est suffisamment solide alors les capteurs auront une réponse similaire par paire sauf déformation du pied ou force de pédalage sous vos pieds que vous cherchez à contrôler.

Apparemment le fait d'avoir un appui bien centré a peu d'importance. J'ai vérifié les jauges indépendamment avant de mettre une plaque, et elles mesurent bien la même valeur. En posant un poids au centre ou sur un coté de la plaque je n'ai pas de différence significative.

 

[Dudulle]

Et voici un test en conditions réelles sur le vélo. J'ai fais une séance d'un peu moins d'une heure mais le début des données est tronqué (trop de datas) ; vitesse constante pendant un peu plus de 45min, une petite accélération, et 5min à petite cadence pour terminer.

pour comparaison la fréquence cardiaque :

Il faut ajouter un peu de filtration des données, mais pour le moment je suis assez satisfait du résultat.
Il me reste un dernier point à implémenter : Je voudrais également récupérer la fréquence cardiaque sur l'esp32, avec une ceinture polar H10 qui est compatible, mais pour une raison que j'ignore je n'arrive pas à avoir à la fois la mesure de la pédale et la FC.

 

[all38]

300W a seulement 140bpm, tu envoies du lourd !

 

[Dudulle]

A 300W je suis plutot à 100 RPM ; j'ai mis le graphique à jour avec les cadences mesurées.
Je met la dureté du vélo au maximum, je l'ai même légèrement modifié pour le rendre un peu plus dur

Par contre je ne sais pas combien de temps il va le supporter, parce que c’est plutôt un modèle entrée de gamme, et en fin de séance le boitier sent un peu le brulé (je suppose que ce sont les courroies qui chauffent). Je me tâte pour faire des trous dans le plastique et y mettre un petit ventilo, car ça revient à mettre un truc qui dissipe 300W dans une boite fermé.

 

[Doctor_itchy]

projet intéressant , qui peu s’apparente a un "banc de puissance" , par contre l'utilisation en "vrais" serais aussi intéressante mais l'intégration devras être revue a cause des élément (pluie , froid , vent , boue , ect )

attention au capteur , par 4 on a pas forcement une répartition parfaite de la force , si il sont donner pour 50kgs il risque avec le temps de casser !

pour l’acquisition on peu utiliser d'autre système plus rapide et brancher chaque capteur indépendamment , et faire un algo pour calculer la force et le sens d'appuis (d'une personne a l'autre la force d’appuis ne sera pas répartie de la même façon ! )

si c'est uniquement pour un vélo d'appartement on peu imaginé mettre le capteur a un autre endroit style sur la bande de frein du rouleau qui donneras le couple et la puissance réel a la roue ( et a la pédale en temps réel avec le bon calcul dans le microcontrôleur )
et qui mesureras en continus la puissance développée , qui pourras être un capteur plus solide sans contrainte de place

 

[Dudulle]

La répartition n'est pas parfaite, mais elle n'est pas trop dispersée non plus : La plaque en alu est légèrement souple, et depuis j'ai imprimé une semelle en TPU qui vient par dessus. Je mesure une force maxi, en pédalant vraiment comme un enragé, de 40 kg sur toutes les jauges, donc ça devrait aller
J'ai commencé à voir pour faire une version "outdoor", je vais supprimer le circuit pour me raccorder directement a l'esp32, et utiliser un accu lipo (qui sera beaucoup plus fin). idéalement il faudrait faire le corps de la pédale en alu 7075, mais ça dépasse mes compétences... Peut être avec le tube imprimé, et des plaques en alu pour renforcer.

J'ai pas mal travaillé sur l'acquisition du signal, et j'arrive maintenant à quelque chose de très propre. La clé est de faire du "jitter sampling" : Au lieu de faire une mesure toutes les 0.1 secondes je mesure sur des intervalles aléatoires, ce qui permet d'éviter les phénomènes de résonnance avec la cadence de pédalage.

 

[Doctor_itchy]

ho pour le boîtier tu peu le faire en alu , tu crée le boîtier en stl et tu envoie ça chez jlpcb , il ont une section usinage et impression métal il suffit d'envoyer le fichier (et payer forcement lol ) tu fait bien sur un proto en pla/abs chez toi avant je pense même qu'il font de l'anodisation des pièces

oui tu peu aussi directement te brancher sur l'esp , a voir mais l'amplificateur que tu utilise est un 24bit donc précis !

 

[Dudulle]

Oui sur l'esp32 la conversion n'est pas assez précise (le signal des jauges ne varie que de quelques mV), mais l'ampli ne prend pas beaucoup de place.
Je pensais justement demander un devis pour une pièce usinée sur mesure, mais à mon avis ça va piquer un peu.

 

[Doctor_itchy]

coté place rien ne t’empêche de faire un pcb ou tu soude l'esp et les composant du pcb de l'amplificateur sur un seul et même pcb "dédier" , ça te fera un gain de place

coté accu je suis pas trop pour un "lipo" compact et léger certes mais pas spécialement fiable surtout que la ou elle est placée y auras des vibration et des choc potentiel ! , une li-ion serais mieux

ho jlpcb a des tarif relativement "bas" , après plus tu en fait faire moins tu paye