une pédale capteur de force imprimée

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.

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.

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

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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…)

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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 !

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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.

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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.

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.

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.

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.

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.