<Bako>



an automated bass accordion

Godfried-Willem RAES

2006-2008

[Nederlandstalige versie]


Robot: 'Bako'


Bass accordions are quite rare instruments. You will encounter them only as a part of larger accordion orchestras, a dying out species in itself. As far as I know, there was never a piece written for bass accordion solo... We came up with the idea for such an instrument as a request from the many M&M orchestra users and composers for a reasonably small but still strong sounding and very low pitched instrument. According to the laws of acoustics, this seems like mission impossible... if there weren't free vibrating reeds. Hence our call upon the bass accordion.
The practical design of this musical robot started with a second hand Hohner bass accordion we purchased from Hans Kuik. First of all, we restored and retuned the whole instrument. The instrument has 34 notes, each note with the usual couple of reeds: one set for suction, one for blowing wind. So, in total we have 68 reeds inside the instrument. Other than in the case of <Ake>, our automated 'normal' accordion, here we decided to keep the original bellows and to automate them, rather than using an electric blower connected to a difficult to make and to control 4-way valve. For pressure regulation and control, we made use of an integrated bipolar pressure sensor by Freescale Electronics (type MPXV7002DP) . The measured pressure is compared with the soll-value as set with midi controller 7 and the motor controlled accordingly, correcting for any differences in absolute pressure. Note that for accordions, wind pressure is -within limits- proportional to sound volume, so the mapping on controller 7 seems appropriate. The motor control makes use of a brush DC servo amplifier module by Advanced Motion Controls (type 12A8). All power supplies were designed using hefty analog circuitry thus avoiding switch mode power supplies with their inherent leakage currents, short life time, spurious noises and oscillation problems when confronted with fast switching heavy inductive loads.

Another important difference with the <Ake> design is that in this case we removed all human playing interfaces (keyboard) completely and decided to activate the pallets directly with pull-type solenoids. This mainly to avoid the annoying mechanical noises produced when using push type solenoids for playing the 'human' keys. These points of departure in the design made a pure vertical construction (with horizontal pallets and vertically moving bellows) obvious. This way we could use gravity alone to keep the pallets closed at rest. As a consequence, a precize horizontal placement of this robot became mandatory.

The constructional parts for this robot are all made from stainless steel, as can be seen on the pictures below taken during the construction:

Inside view on the reeds:



    Motor construction:

    Underchassis:



Pallet lifting solenoids:

The welding was performed using the manual TIG process. Only parts that have to remain accesible and removable for maintenance and repair were assembled with bolts and nuts.


Mapping and midi implementation:

   
  • Midi note range: 24 - 57. Velocity implemented. (use very low values, avoid noise)
  • Note Off commands are required.
  • Channel Pressure implemented.
  • Controller 1: pre-pressure setting (0-127) [60 is a good setting]
  • Controller 7: absolute value of windpressure (volume) (0-127) , optimum range: 35 - 120.
  • Controller 20: blow (1) or suction (2) wind. With any other value, the selection will be automatic. This is a 'one shot' controller.
  • Controller 66: enable motor servo controller power
  • Controller 70: Center bellows command (slow, used for initialisation) [0-127=pos, 60 is about halfway]
  • Controller 123: all notes off Resets all controllers, except 7. Stops motor.
  • Midi notes: 16,17,18,19,20,21,22,23: lights upper part (ON/OFF)
  • Midi notes: 10,11,12,13,14,15: lights lower part (ON/OFF)
  • Midi Channel: 7 (counting 0-15)
  • NOTE: polyphony limited to 20 notes simultaneous.

Bako is equiped with a midi-out connector, for interactive applications. The data flow is about 4 bytes a second for each controller. The implementation of the midi output is as follows:

  • Controller 16: bellows position read by the Sharp distance sensor
  • Controller 17: bellows pressure read by the Freescale sensor
  • Controller 18: CW pwm value for the motor (speed)
  • Controller 19: CWW pwm value for the motor (speed)


Technical specifications:

Design and construction: dr.Godfried-Willem Raes (2006-2007)

Collaborators on the construction of this robot:



Music composed for <Bako>:

Godfried-Willem Raes '007-Marsch' (2007)
Godfried-Willem Raes 'Picra-Bako' (2007)
Godfried-Willem Raes 'Tango Tre' (2007), bass part.
Kris De Baerdemacker: 'For Ake and Bako' (2007)
Sebastian Bradt -in the works-


 

Back to Logos-Projects page : projects.html Back to Main Logos page:index.html To Godfried-Willem Raes personal homepage... To Instrument catalogue Naar Godfried-Willem Raes' homepage

Nederlands:

Robot:<Bako>

Voor de bouw van deze akkordeon robot, vertrokken we van een Hohner bas akkordeon, een weinig koerant en moeilijk te verkrijgen type dat eigenlijk alleen gebruikt wordt in grotere akkordeonorkesten die tegenwoordig wel met uitsterven zijn bedreigd. Na veel zoeken vonden er eentje bij Henk Kuik. De bouw ving aan met de grondige restauratie en nazicht van zowel de mechanische werking als de stemming van het oorspronkelijke instrument.

Eens het hele instrument opgeknapt en in kaart gebracht, trokken we onze lessen uit de automatisering van het gewone akkordeon <Ake>. Daar hadden we immers de bestaande kleppen en mekanieken zoveel mogelijk behouden en haalden ons daardoor extra veel werk op de hals met het buigen uit inox van de vele nodige trakturen. Het rezultaat was in die zin geen sukses, dat al die mekanieken overbodig veel bijgeluiden veroorzaakten. Omdat we dat hier wilden vermijden beslisten we het gehele klavier te verwijderen en in de vuilnisbak te gooien en de kleppen rechtstreeks te lichten met trekmagneten. Voor het goed afsluiten van de toonkancellen kan dan gewoon de zwaartekracht worden gebruikt. De magneetankers in weekijzer hebben een gewicht van ca. 20g, wat alleszins voldoende is om de klep ook bij normale blaaslucht gesloten te houden. De balg daareentegen wilden we behouden, vooral om de ingewikkelde konstruktie van een elektrische blazer gekoppeld aan een automatisch 4-weg ventiel voorzien van sensoren te vermijden.

Voor de aandrijving van de balg opteerden we voor de meest kompakte oplossing: een inox trapeziumschroefdraad van 12mm doorsnede rechtstreeks aangedreven door een DC motor. Dit type trapeziumschroefdraad levert een lineaire verplaatsing op van 3.1mm per omwenteling. De vereiste bewegingssnelheid van de balg bepaalden we -na uitvoering van enkele metingen met akkordeonspelers en wat eigen experimenten- op 10cm per sekonde. Een absolute maximumsnelheid (bij de grootst mogelijke klusters) kon worden bepaald als 30cm/s. Voor een snelheid van 10cm per sekonde van de balg, moet de trapeziumdraad dus 32.2 omwentelingen maken per sekonde. Het nominale toerental van de motor wordt dan 32.2 x 60 = 1935 rpm. Om dit te bereiken komen zowel AC als DC motoren in aanmerking. We beslisten uiteindelijk een DC motor in te zetten met volgende specifikaties: toerental bij 20V: 450 rpm (6A/80Watt) en bij 210V: (3.5A/700Watt). Die laatste waarde levert een toerental van 7000 rpm maar mag slechts met een duty cycle van 15% worden toegepast. Dit toerental levert ons een balgverplaatsingssnelheid op van 35cm per sekonde, wellicht een stuk meer dan wat ons basakkordeon kan verdragen. Gezien de inherent geringe inertie van een dergelijk systeem, zijn snelle snelheidsveranderingen evenals veranderingen van de bewegingsrichting mogelijk. Uiteraard moet een mikrokontrollerbestuurde PWM diodebrugschakeling of H-brug worden gebruikt voor de aansturing. Hiervoor gebruikten we uiteindelijk een geintegreerde servo versterker module voor DC kollektormotoren van Advanced Motion Controls. (Type 12A8). Wanneer geen noten gespeeld worden, stopt de motor. Om overbodig aan/uit schakelen van de motor en de induktiestoten die dit veroorzaakt te vermijden, voorzien we in een doorlooptijd van ca. 100ms na ontvangst van de laatste note-off. De luchtdruksturing voor deze robot maakt gebruik van een geintegreerde bipolaire druksensor van Freescale Electronics. Met deze sensor wordt de momentane druk in de balg op elk moment gemeten. Een PIC processor staat er voorts voor in dat de gemeten druk in overeenstemming is met de gewenste druk, zoals bepaald door de waarde geset via midi kontroller 7. De mapping op kontroller 7 ligt voor de hand, omdat bij akkordeons de geluidssterkte een funktie is van de winddruk.

Voor de besturing van de kleppen werden -voor het eerst voor dit doel in onze reeks automaten- deze keer trekmagneten toegepast. De kleppen blijven dicht onder invloed van de zwaartekracht. De elektromagneten lichten de kleppen. We kozen voor cilindrische trekmagneten, eerder dan het type magneten (pallet valves) dat we eerder toepasten in onze automatische orgels, vanwege het veel grotere bewegingstrajekt dat hierdoor kan worden bereikt. Inderdaad, de kleppen moeten hier minstens 12mm gelicht kunnen worden voor een goede klankprojektie. Met traditionele klepmagneten uit de orgelbouw zoals o.m. geleverd door de firma A.Laukhuff, kan hooguit 5mm bereikt worden.

Voor een gedetailleerde bouwbeschrijving verwijzen we naar het bouwdagboek, verder op deze webpagina.

Ontwerp en konstruktie: dr.Godfried-Willem Raes (2006-2008)

Medewerkers bij de bouw en ontwikkeling van de <Bako> robot:


Geillustreerd bouwdagboek:

Omdat ons vaak wordt gevraagd hoeveel werk en tijd kruipt in, en nodig is voor, het bouwen en ontwikkelen van een muzikale robot, hebben we ook voor <Bako> een beknopt bouwdagboek bijgehouden. Omdat we de bouw tot in de laatste details graag illustreren, kan het ook voor anderen die ons op dit pad willen volgen en/of verbeteren, van praktisch nut zijn.


(Terug) naar logos-projekten:
projects.html

Terug naar Logos' index-pagina:
index.html

Naar
Godfried-Willem Raes personal homepage...

Naar Godfried-Willem Raes' homepage

Naar katalogus instrumenten
gebouwd door
Godfried-Willem Raes


Last update: 2014-11-09

by Godfried-Willem Raes

Robody picture with <Bako>:



Technical data sheet, design calculations and maintenance instructions:

Technische gegevens, ontwerpberekeningen en instrukties voor onderhoud en demontage:


Circuit drawings for the midi hub board carrying the motor control PIC:

Part 1: Midi input and buffering:

 

Part 2: PIC-connections, power and power supply bypass:



Part 3: Motor control:

Part 4: Lights and options

Pulse- & Hold board circuit for the complete board (3 boards used).

Light bulbs used:

Backview picture: