Hippotese, Le cheval de Travail

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mardi 26 avril 2016

Le "Datafficheur", un système de Suivi "Temps Réel" des Efforts en Traction-Animale (1ère partie)

Depuis l'origine d'Hippotese, nous avons toujours cherché à connaître, de manière non empirique, les efforts auxquels nous soumettons nos chers chevaux...

Pour pallier à certaines limites des systèmes de mesure que nous avons testé, Hippotese a inventé (et j'ai mis au point) un appareil qui permet le suivi "in situ" et en "Temps Réel" des Efforts de traction...

Mais laisser-moi vous présenter l'intérêt du système dans ces 2 petites vidéos...

I) L'introduction...

NB : je vous ai transcris ici le texte du commentaire des vidéos pour plus de confort (la qualité du son n'est pas très bonne et vous pouvez le couper).

Je vais vous présenter une simulation de l'utilisation du Datafficheur qui va permettre, je l’espère, de vous prouver l'intérêt de cet appareil (inventé par l'association Hippotese et mis au point par moi-même).

Cette simulation repose sur des données réelles qui ont été récupérées lors d'une expérimentation qui a eu lieu en mai 2015 chez Thierry Bonnamour à Dullin en Savoie.

Lors de cette expérimentation, Michel Carrel a enregistré à l'aide d'un capteur dynamométrique placé sur le palonnier les efforts du cheval qui tractait un épandeur de fumier à prise de force sur les roues, de marque MillCreek.

Cette prise de mesures a permis d’enregistrer sur un DataLogger, 4 fichiers de valeurs brutes correspondantes à l'effort du cheval en Kgforce, à une fréquence de 10 hertz (soit 10 valeurs par seconde).
Ces 4 fichiers reprennent les mesures de l'aller, divisé en 2 parties et du retour divisé lui aussi en 2 parties, à cause des arrêts.

Ils ont permis de tracer 4 courbes après traitement sur un ordinateur. Malheureusement, ces mesures et ces courbes et que l'on peut étudier ne sont accessibles au meneur qu'à posteriori et non en temps réel sur le terrain.

Pour cet essai, si nous avions disposé d'un Datafficheur, nous aurions pû, en temps réel, avoir une idée des efforts (importants) mis en jeu.

Voilà donc à quoi sert un Datafficheur. Il permet de visualiser in situ et en temps réels (à une seconde prés) les efforts du cheval pour éventuellement adapter son menage et ainsi, mieux utiliser la puissance du cheval.

II) La Simulation de fonctionnement...

Simulation d'utilisation du Datafficheur, à partir de fichiers de mesure réels, dans cette petite démonstration...

(Voir l'introduction ci-dessus).

Dans cette démonstration, nous avons placé Le Datafficheur au dessus d'un ordinateur et d'une tablette.

Le Datafficheur va afficher les efforts du cheval, calculés à partir des fichiers de mesures brutes, (comme il pourrait le faire sur le terrain, en temps réels, à partir des données transmises par un capteur dynamométrique placé sur le palonnier par exemple)...

Sur la tablette, à droite, on peut suivre la vidéo de l'expérimentation...

NB : Cette vidéo a été un peu recoupée pour être synchronisée avec les fichiers bruts enregistrés.

Et sur l'ordinateur, à gauche, nous pourrons suivre les calculs des valeurs moyenne et maxi avant leur affichage. Ce suivi est l'écho du travail du microcontrôleur (qui est la partie "intelligente" du Datafficheur).

Lancement de la simulation...

Sur l’afficheur jaune, en haut à gauche, s'affiche la moyenne des 10 valeurs mesurées pendant une seconde.

Sur l'afficheur rouge, en haut à droite, s'affiche la valeur maxi des 10 valeurs mesurées pendant la même seconde.

Dans les paramètres du programme du Datafficheur, on a fixé un seuil, ici à 200 kg.

Quand une des valeurs, moyenne ou maxi, dépasse ce seuil, elle est affichée sous forme clignotante.

NB : Pour cette démonstration, nous avons choisi 200 kg car c'est le double de l'effort que l'on peut demander, en moyenne, à un cheval au pas.

Sur l'ordi, à gauche de l'écran, on peut voir défiler les valeurs brutes de l'effort (ici X) en kilogramme-Force (ou déca Newtons) et les dixièmes de secondes (ici Y).
Ces valeurs brutes sont lues à partir d'une carte SD dans cette simulation en l'absence de capteur dynamométrique.
Toutes les 10 mesures, la Datafficheur calcule la moyenne et le maxi et l'envoie à l'affichage pendant une seconde.
Pendant cette seconde d'affichage, il récupère 10 nouvelles valeurs, fait les calculs et affiche les nouveaux résultats la seconde suivante.

NB : les 4 fichiers de mesures brutes sont précédés d'un double affichage clignotant de 4 chiffres qui annoncent leur numéro (1111, 2222, 3333, 4444).

En Conclusion :

le Datafficheur est un appareil qui permet à un utilisateur d'effectuer un suivi continu et en temps réels des efforts mis en jeu dans la traction d'un outils.

Ici, typiquement l'utilisateur est un meneur qui tout en conduisant son attelage peut surveiller les afficheurs situés dans un boîtier qui sont fixés sur une petite sellette sur le dos ou les reins du cheval.

La prise de mesure se fait à l'aide d'un capteur dynamométrique placé sur les traits ou sur le palonnier et relié au Datafficheur.

Dans le boîtier du Datafficheur, un microcontrôleur effectue les calculs en temps réels à partir des mesures du capteur et envoie les résultats sur les 2 afficheurs.

Pour que ces résultats soient compréhensibles et utilisables, le microcontrôleur calcul la moyenne des valeurs enregistrées pendant un temps donné (ici 1 seconde) et extrait aussi la valeur maxi mesurée pendant ce même temps. Seules la valeur moyenne et la valeur maxi de la seconde précédente sont donc affichées et cet affichage dure une seconde pour être lisible.

Chaque seconde les nouvelles valeurs remplacent les valeurs précédentes.

Deny Fady, avril 2016.

lundi 1 juin 2009

Vidéos des essais du dynamomètre 0-100 kg avec une bineuse à la journée maraîchage de Saint Chef (Isère)

Fabriquer un Dynamomètre "tube" simple et pratique, pour mesurer les efforts des chevaux (2ème partie)

Dans un précédent billet, nous avons vu un petit échantillonnage des dynamomètres que nous utilisons à HIPPOTESE.

Nous avons aussi noté les défauts des dynamomètres que nous possédons, pour mémoire...

  • Impossibilité de mesurer des efforts dans la plage 0-50 kg
  • Manque de précisions dans la plage 0-100 kg
  • Manque de lisibilité en "mesures continues", qui permet de lire les valeurs en marchant à côté du cheval
  • ...

Il faut noter aussi le prix excessif d'un dynamomètre pour une utilisation ponctuelle et/ou individuelle, voici des indications pour en fabriquer un à moindres frais...

Pourtant que ce soit avec un outil de maraîchage, une roulotte, une charrette, on a souvent besoin de se rendre compte des efforts mis en jeu dans un travail de longue haleine...
Pour anticiper la fatigue, doser les efforts, protéger son animal ou détecter un manque de force chronique ou ponctuel qui peut parfois cacher une pathologie cachée. Et si vous testez ou fabriquez des outils, il est parfois utile, pour choisir une solution constructive parmi d'autres, de pouvoir mesurer les efforts qu'elle réclame.

En voyant, le petit dynamomètre "tube" suisse, je me suis dit qu'il y avait moyen d'autoconstruire "vite fait" un dynamomètre à partir d'un ressort de compression (assez long pour faciliter la lecture) et d'un tube métallique (pour la paroi extérieure).

J'ai trouvé dans mon "souk" un ressort de 380 mm de longueur à vide et de 180 mm de longueur, compressé (soit une course de 200 mm environ sous une charge estimée à une centaine de kilos).
Ce ressort fait un diamètre de 50 mm de diamètre (et un fil de 6 mm d'épaisseur).

J'aurai souhaité trouver un ressort allant jusqu'à 150-200 kg, mais "quand on a pas de grives, on mange du merle" comme disait ma grand-mère et j'ai pensé que celui-ci ferait l'affaire pour un prototype.

Pour fabriquer l'engin, rien de plus simple...
Voici la recette...

  • Prenez un tube de bon diamètre (dia 60 int-70mm ext) et d'un peu plus que la longueur de votre ressort à vide (410 mm),
  • Fendez-le à la disqueuse sur une longueur plus longue que la longueur de sa compression (ici : 300 mm) et sur 7mm de large.
  • Ajouter un axe de bon diamètre (j'avais du 16) et couper le à la longueur adéquate (460 mm ici).
  • Bouchez un côté du tube avec une grosse rondelle soudée dans laquelle coulissera l'axe de 16 (on peut ajouter un gros écrou soudé, dont on aura éliminé les filets pour mieux guider).
  • Souder à une extrémité de l'axe un écrou d'arrêt qui bloquera un maillon tournant (réalisé avec un maillon rapide, triangulaire, sur lequel la base a été remplacée par un écrou aux filets limés).

  • Souder à l'autre extrémité de l'axe un écrou sur lequel est soudé un triangle (réalisé dans un plat de 5 mm) qui servira d'aiguille, après avoir ajouté contre le ressort, un rondelle de bon diamètre (50 mm ici).

Le ressort est donc pris en sandwich entre la rondelle soudée au tube et la rondelle bloquée sur l'axe. On ajoutera quelques anneaux (non tournants) sur le tube pour fixer celui-ci côté outils.

Il reste à étalonner et graduer notre dynamomètre. J'avoue que je me suis creusé la tête pour trouver une solution simple d'étalonnage... Et puis eu une idée. J'ai un gros bidon plastique, je l'ai pesé à la balance romaine (7 kg et quelque...), j'ai ajouté de l'eau pour faire la tare à 10 kg. Puis j'ai accroché le bidon au dynamomètre, j'ai fait une marque (10 kg), puis j'ai ajouté 5 litres d'eau dans le bidon (avec une mesure à lait) et j'ai fait la marque 15 kg.

J'ai continué mes marques jusqu'à ce que mon ressort soit en butée. On peut facilement contrôler (par une mesureau reglet) ses marques car elles sont régulières et proportionnelles.

J'ai alors soudé de petits plats en face des marques des 10 kilos et une double pour les 50 kg pour faciliter la lecture de loin.

Nous avons pu faire des essais comparatifs entre plusieurs bineuses aux journées techniques maraîchage de St Chef... La lecture à 2 mètres est possible ainsi que la vision de la plage de variation. Par contre ça couine un peu (manque de graisse et caisse de résonance du tube) et Il manque un index de maxima qui resterait en place. Dommage que mon ressort ne soit pas plus long ou plus dur et donc que ce dynamomètre soit limité à 100 kg, ce qui nous a empêché de faire des mesures en labour...


Premiers tests à la journée technique maraîchage du 16 mai 2009

Bientôt des vidéos des essais...

vendredi 15 mai 2009

Fabriquer un Dynamomètre "tube" simple et pratique, pour mesurer les efforts des chevaux (1ère partie)

Depuis de nombreuses années nous utilisons des dynamomètres pour évaluer les efforts de traction (force au crochet) des chevaux, attelés à différents outils.

Voici quelques modèles que nous utilisons (les appellations sont personnelles) :

Les dynamomètres "plaque" :

Nous utilisons depuis plus de 20 ans un dynamomètre "plaque" 0-1000 kg (qui nous avait été offert par feu l'ARTAP) et sont "petit frère", un dynamomètre "plaque" 0-500 kg (que j'avais acheté personnellement dans une brocante).


Le dynamomètre "plaque" 500 kg... Photo Deny Fady

Ces 2 dynamomètres sont constitués d'un corps formé de 2 plaques qui enserrent un ressort (qui travaille en compression) et d'une double aiguille (l'aiguille de gauche est solidaire du ressort et pousse l'aiguille de droite indépendante qui restera sur la position maxi et permettra de mesurer l'effort du coup de collier.
Il y a une graduation en kilos (ou DaNewton) de 50-1000 kg et 50-500 kg pour le second (voir photo) sur une base aluminium (ne rouille pas).
Nous avons ajouté 4 patins métalliques qui protègent les aiguilles du frottement sur le sol.
2 manilles de part et d'autre permettent de fixer le dynamomètre entre le palonnier et la charge.
Nota : Le second dynamomètre (500 kg) bien que plus léger que le 1er, pèse quand même plus de 7 kg (le premier doit faire près du double).

Ces 2 dynamomètres sont bien adaptés aux mesures en labour et en débardage (à 1 ou 2 chevaux) pour mesurer des efforts, en particulier au coup de collier, mais ne sont pas faciles à utiliser en mesures continues car les graduations sont peu lisibles en situation de mouvement.
Ils sont inadaptés, par contre, aux mesures en travail du sol, type sarclage où les efforts sont souvent inférieur à 100 kg (voir à 50 kg).
Ils restent difficiles à placer sur un timon ou des brancards (en attelage) du fait de leur poids mort et de leur encombrement surtout pour mesurer des efforts qui sont souvent proches de 30 kg/cheval.

Le dynamomètre à "ressort pyramidale" :

Jean Louis Cannelle a trouvé un vieux dynamomètre, malheureusement hors service dont le principe est assez différent. Il est constitué de bras articulés qui écrasent un ressort pyramidale qui laisse apparaître une tige graduée perpendiculaire à la traction, ce principe permet d'avoir une graduation plus longue et donc plus précise, sans augmenter la longueur de l'appareil.


Le dynamomètre à "ressort pyramidale", Photo Deny Fady

Le dynamomètre "tube" suisse :

Il a aussi trouvé en Suisse des petits dynamomètres (0-200 kg), montés dans un tube, très sympas et légers (ils pourraient se fixer sur un trait), malheureusement les graduations ne sont pas lisibles du tout.


Le dynamomètre "tube" suisse, Photo Deny Fady

Le dynamomètre numérique "évolué" :

Hervé JOURDAIN pour Hippotese et le CERTTA, suit, en partenariat avec l'Ecole Nationale Supérieure des Arts et Métiers (ENSAM) de Cluny le projet d'un dynamomètre numérique évolué.


Photo Deny Fady

L'appareil sera capable de montrer l'effort instantané, l'effort maximum (sous forme de courbe), la puissance et la vitesse (et donc le travail). Les mesures sont envoyées à un ordinateur par ondes radio dans un périmètre de 100 m et traitées en temps réel par un logiciel spécifique.


Au SIA 2008, le premier proto... Photo Deny Fady

Il a été présenté au Salon International de l'Agriculture à Paris en 2008 à l'état de 1er prototype et en 2009 sous conditions réelles (avec affichage instantané des mesures sur grand écran).


Photo Olivier Bernard, au SIA 2009

L'appareil doit être encore muni d'une caméra et d'un cardio-fréquencemètre (mesure continue de la fréquence cardiaque du cheval).

D'après Jean Louis Cannelle, les expériences faites jusqu'à présent montrent que la force de traction d'un cheval sensé travailler dans le calme pendant des heures, à 4 km/h se situe entre 50 et 60 kgf.

Il reste à "durcir" et fiabiliser ce dynamomètre numérique puis ensuite à le faire fabriquer, mais nous aurons sans doute le loisir d'en reparler en détails...

Le projet de fabriquer "à la maison" son dynamomètre :

Nous avons fait des mesures au dynamomètre "plaque" (500 kg) en vigne, à l'automne, ces mesures n'étaient guère précises (car dans la plage 0-100 kg).
Comme nous avions un besoin urgent de faire d'autres mesures en maraîchage, je me suis dit qu'en s'inspirant des dynamomètre "tube" suisses, je pouvais fabriquer un dynamomètre "tube" simple mais plus gros, plus long et surtout plus lisible...

C'est ce que nous verrons dans la deuxième partie à venir...


Juste pour vous faire envie, une petite vue comparative de la bête avec notre "petit" dynamomètre plaque 0-500 kg... Photo Deny Fady

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