Brevet FR2836217A1 — publié le 20030822

La présente invention concerne un capteur dynamométrique avec agencement de montage. Le procédé et dispositif de la présente invention est utilisable dans toute application, où une détermination d'un poids, d'une force, ou d'un centre de masses est recherchée. Cependant, pour simplifier la présentation de l'art antérieur, on citera ciaprès essentiellement les références aux applications de posturologie ou de stabilometrie. Dans la plupart des cas, trois ou quatre capteurs dynamométriques sont placés entre deux plaques rigides selon une disposition géométrique telle qu'en combinant les signaux desdits capteurs on puisse calculer l'intensité et les coordonnées du centre des forces exercées entre les deux plaques. Cependant, l'application du procédé selon l'invention trouve toute sa pertinence dans la réalisation de plate-formes à trois capteurs conformément aux recommandations des posturologues français. En 1985, l'Association Française de Posturologie (A. F. P) fondée par le docteur Pierre-Marie GAGEY édite des normes pour la fabrication d'une plate-forme de posturologie. Pour l'étude plus approfondie de ces normes on pourra se référer utilement à la publication assez complète sur le sujet, dans les huit leçons de posturologie éditées parl'AF. P. La construction des plate-formes aux normes A. F. P a fait l'objet de diverses réalisations dont des exemples commercialisés figurent à la demande de brevet internationale PCT/FROO/00957. Cependant, pour permettre une large diffusion de ce type de plate-formes et répondre ainsi à un élargissement du champ d'application, il est nécessaire de simplifier le montage tout en garantissant une bonne précision. Généralement, les capteurs sont pris en sandwich entre une plaque de dessus qui porte le poids du sujet et une plaque de dessous qui repose sur le sol par l'intermédiaire de pieds réglables. Dans cette disposition, les deux plaques ont un mode de liaison mécanique tel qu'il permette l'expression de la seule composante verticale des forces appliquées sur la plaque de dessus. Par ailleurs, les pieds de réglage de stabilité et d'assiette devront impérativement se visser à l'aplomb des capteurs pour éviter les couples de torsion. Les solutions généralement adoptées conduisent à la construction de plate-formes fragiles, lourdes, épaisses et coûteuses. Une solution aux problèmes posés ci-dessus est un procédé de mesure du centre des forces à l'aide de trois capteurs selon l'invention, disposés sous une seule plaque qui porte le poids du sujet. Lesdits capteurs selon l'invention prennent appui directement sur le sol par l'intermédiaire de vérins ajustables. Généralement, les capteurs que l'on trouve dans l'industrie pour cette application sont du type à poutre de flexion . Ces capteurs, ne peuvent cependant convenir pour la réalisation d'une plate-forme simplifiée et à bas profil en raison d'une part de la hauteur de ces capteurs et du fait de la déformation du lieu géométrique des contacts au sol sous l'effet du poids. Le type de capteur selon l'invention est basé sur le principe (figure 1) de la membrane rigide encastrée. L'étude mathématique de la déformée d'une telle membrane sous l'effet d'une force axiale F conduit à la relation suivante : La déformation de la membrane en forme de S fait apparaître sur les deux faces de ladite membrane, des zones d'extension (e) et de compression (c). A un type de déformation observé en un point d'une face, il correspond une déformation inverse sur l'autre face. L'expression de ces contraintes à l'aide de jauges résistives convenablement collées est fonction de la force axiale. Afin de réaliser un capteur basé sur ce principe il est nécessaire de matérialiser les surfaces d'exercice du couple de forces qui vont déformer la membrane rigide. Le plus simple est d'usiner d'une seule pièce le capteur à partir d'un rondin de matériau-de l'AU 4 G par exemple-. La figure 1A donne un exemple en coupe de pièce cylindrique réalisée au tour. Dans cet exemple, le capteur selon l'invention est usiné pour constituer une membrane cylindrique déformable (1) encastrée entre l'anneau périphérique 3 et le cylindre plein coaxial et central (4). Dans un mode de réalisation plus élaboré, donné à titre d'exemple figure 2, le cylindre (4) est percé (2) afin de permettre par exemple la fixation du capteur sur un support. Dans ce mode de réalisation, la déformation de la membrane (1) s'obtient grâce au couple de torsion qui s'exerce entre les anneaux (3) et (4). H suffit alors par exemple de coller une jauge de contrainte résistive (5) à l'endroit (e) où le matériau s'étire sous l'effet du couple coaxial de torsion pour obtenir l'intensité dudit couple. Cependant, on pourra avantageusement, afin de constituer un pont de mesure, coller 4 jauges (5,6, 7,8) disposées en croix selon l'illustration des figures 2 et 2A. Cette disposition, en outre, permet de compenser une éventuelle erreur dans le cas où la composante radiale de la force ne serait pas nulle. Dans un montage à 4 jauges, les jauges (5) et (6) sont sollicitées en extension (sur la zone e) et les jauges (7) et (8) en compression (sur la zone c). Il est à remarquer que l'emplacement des jauges est capital pour obtenir un maximum d'effet sur les courbures du S . Dans le cas où les 4 jauges sont collées sur la même face de la membrane (1) comme dans l'illustration donnée figure 2A, les jauges (7) et (8) sont proches du bord interne de l'anneau (3) alors que les jauges (5) et (6) sont proches du bord externe de l'anneau (4). Mais il possible de coller de part et d'autre des faces de la membrane deux à deux les jauges. Dans ce cas, les 4 jauges devront être collées sur une seule zone circulaire (c ou e d'une face), puisque qu'à une extension sur une face il y correspond une compression sur l'autre face et réciproquement. Cependant, dans le cas d'une disposition des 4 jauges sur une seule face, il est à remarquer que les contraintes subies par la membrane ne sont pas distribuées uniformément le long d'un rayon. La contrainte exercée le long de la zone (e) est en effet supérieure à celle qui est exercée le long de la zone (c) car les forces sont reparties sur des périmètres différents. De ce fait et afin d'obtenir des rayons de courbures identiques, une des solutions serait d'amincir la membrane (1) sur la zone (c). La figure 3 donne un exemple de réalisation du capteur selon l'invention avec un amincissement progressif de la membrane (1). Dans une autre variante de réalisation figure 4, on pratique un amincissement circulaire sur la membrane (1) sous forme d'une saignée (9) suffisamment étroite pour que l'on puisse considérer que les contraintes soient uniformes sur les deux bords de ladite saignée. Sous l'effet du couple F, la déformation en forme de S (figure 4B) peut être mesurée à cheval sur les zones (c) et (e) à l'aide des capteurs (5,6, 7,8). Un des intérêts du capteur selon l'invention réside dans la possibilité de disposer un vérin ou un pied (10) dans le trou (2) afin de constituer un capteur-pied . Dans une des variantes de réalisation (figure 5), le trou (2) est taraudé afin d'y visser un vérin réglable en hauteur. Dans ce mode de réalisation, la déformation de la membrane (1) s'obtient grâce au couple de forces entre le poids qui s'exerce en périphérie sur l'anneau (3) et la réaction au sol (F) qui s'exerce sur l'anneau (4) par l'intermédiaire du vérin (10). La figure 6 illustre une des applications du capteur selon la variante de la figure 5. Selon cet agencement, on dispose d'au moins 3 capteurs selon l'invention sous une plaque (11). Lesdits capteurs sont disposés au sommet d'un triangle équilatéral et logés à l'intérieur d'un lamage (12) afin de gagner en hauteur et faciliter ainsi la montée de la personne sur la plaque (11). L'ensemble (figures 6) constitue une plate-forme de pesée ou de posturologie. La combinaison des forces issues des 3 capteurs selon l'invention permet de déterminer le centre de gravité des masses disposées sur ladite plate-forme ainsi que l'intensité de la résultante des forces. REVENDICATIONS 1-Capteur dynamométrique pour la réalisation de plate-formes de posture et de pesée, caractérisé en ce que la partie déformable dudit capteur est une membrane rigide 1 encastrée entre l'appui périphérique (3) et l'appui coaxial et central (4). 2-Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la membrane (1) et les appuis (3) et (4) sont usinés d'une même pièce. 3-Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce l'appui central est constitué d'un pied ou d'un vérin réglable (10). 4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la membrane (1) est progressivement amincie de l'appui central (4) à l'appui périphérique (3). 5-Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la membrane (1) comporte une saignée (9).