Het eerste door ons geautomatiseerd spinet was <Spiro>, uitgaand van een halffabrikaat spinet gebouwd door Walter Maene. Later bouwden we een tweede automatisch spinet, <Sper>, uitgaand van een Sperhake instrumentje. Daarvoor pasten we het recept van de Vorsetzer toe. Uit de bouw en de evaluatie van deze beide eerdere bouwprojekten konden we lessen trekken ten bate van dit nieuwe bouwprojekt. Potentiele verbeter-punten op het vlak van automatisering zijn daarbij:

• verhoging van de responssnelheid van de elektromagneten door beperking van de massa der ankers
• verbetering van de repetitiesnelheid
• automatische nootrepetitie?
• betere afregelmogelijkheden: velo lookups in funktie van elke toets afzonderlijk? Velo lookups in funktie van de registratie en van de toonhoogte?
• zachtere terugkeer van de toetsen: eventuele implementatie van release.

Puur technisch gesproken, zou de beste oplossing erin moeten bestaan de dokjes van onderuit met de elektromagneten omhoog te duwen op de plaats waar de toetsen dan normaal gezien doen. Daarvoor moet het hele keyboard blijvend weggenomen worden. Maar, zonder toetsenbord wordt het wel moeilijk tot omslachtig om het klavecimbel te stemmen, want om dat dan te doen zouden we telkenmale een midi-keyboard ofwel een komputer met midi-interface moeten aansluiten. Snel wat bijstemmen is dan niet meer aan de orde. Ook de alternatieve mogelijkheid om de dokjes aan hun bovenkant met elektromagneten omhoog te trekken bestudeerden we grondig. Bezwaren daartegen zijn enerzijds dat het schroefje waarmee de demper op het dokje wordt afgeregeld dan niet meer bereikbaar is. In het gat voor die regelschroef moeten we immers draad tappen waarmee het dokje aan het anker van de elektromagneet wordt bevestigd. Een tweede bezwaar is dat het erg moeilijk wordt om het mechanisme te verwijderen en terug te plaatsen. De ankers zitten immers vast op de dokjes en de spoelen moeten dan met 54 tegelijk en zuiver in register over de ankers worden geschoven... geen sinecure. Voor <Spiro> beslisten we de elektromagneten in te zetten voor het omhoogduwen van de achterzijde van de toetsen. Het probleem daarbij was, dat we maatregelen dienden te nemen om te verhinderen dat de hele toets omhoog werd geheven eerder dan haar te doen omkiepen. De pennen waarop de toetsen bewegen voorzagen we van een stop om dit te verhinderen. Voor <Sper> konden we dit probleem vermijden door een Vorsetzer te ontwerpen.

Na lang beraad en heel wat proeven beslisten we uiteindelijk ook bij het ontwerp van het robo-klavecimbel voor een Vorsetzer-ontwerp te gaan. Het Italiaans klavecimbel waarvoor we de Vorzsetzer ontwierpen heeft 54 toetsen , 22 zwarte en 32 witte en had oorspronkelijk een verkort oktaaf. Dat verkort oktaaf lieten we vallen en vervingen we -met herbesnaring- door een normaal doorlopende stemming in het laagste deel van de tessituur.

Enig opzoekwerk leerde ons dat het klavecimbel waarvan we vertrokken een Wolfgang Zuckermann (1922 - 2018) kit moest zijn te dateren van rond 1985 en wellicht gebouwd en afgewerkt in Berlijn. Hier is een foto van een zo goed als identiek exemplaar: Op ons instrument - in speelbare staat gebracht door Chris Vandekerckhove - bevinden de bedieningsknoppen van de beide registers en die voor het luitregister, zich aan de linkerkant. Op het hierboven afgebeelde instrument zijn ze aan de rechterkant. De dokjes zijn gemaakt uit kunststof evenals de plectra zelf (Delrin). De dokjes zijn aan de onderkant voorzien van een messing staafje met schroefdraad waarmee de afstand tussen snaar en plektrum kan worden afgeregeld.

De maatvoering voor het toetsenbord is: :

Om wat meer ruimte voor het mechanisme te scheppen, verwijderden we de vertikale afdekplank -mogen we dat een boenselplank noemen?- bij het einde van de speelkant der toetsen. Deze heeft geen enkele muzikale noch akoestische funktie. De Vorsetzer wordt opgebouwd met twee lengtes 30 x 30 x 3 inox profiel voorzien van 11.5 mm gaten (voor 7/16 - 20 tpi, schroefdraad) voor de elektromagneten. De twee profielen worden vastgelast op de 10 mm dikke zijkanten met een hoogteverschil overeenkomend met het hoogteverschil tussen de witte en de zwarte toetsen (11 tot 12 mm). Het laswerk voerden we uit met manuale TIG techniek.

De elektromagneten hebben een DC weerstand van 27 Ohm. Bij 12 V (de nominale spanning voor 100% duty cycle bedrijf) trekken ze 444 mA, een vermogen van 5.5 W. Indien we clusters van 54 noten mogelijk willen maken, moet de 12V voeding gedimensioneerd worden voor 24 A, een 300 Watt voeding zou dan nodig zijn. Aangezien de opgemeten houdkracht van de elektromagneten bij een spanning van 9 V (de stroom is dan 333mA) door meting bepaald kon worden op 2 Newton -ruim voldoende om de toets naar beneden te houden- kunnen we bij toepassing van een kleine 9 V 100 W voeding van XP-Power, nog steeds 33 noten polyfonie ondersteunen. Meer dan driemaal zoveel dan wat een mens zou kunnen. Voor de berekening van de voeding voor de velocity pulsen moeten we vertrekken van het gegeven dat een noot-aan kommando (3 bytes) in MIDI 1 ms vergt. Wanneer de velo pulsen 10 ms duren, kunnen we dus maximaal 10 pulsen tegelijk van stroom te voorzien hebben. Bij een pulsspanning van 15 V is de stroom gedurende de puls 12 V + 15 V / 27 Ohm = 1 A. Een voeding met een stroom van 10 A moet derhalve volstaan. Bij 15V pulsspanning en 9V houdspanning wordt dit 24 V / 27 Ohm = 888mA.

De bouw leverde wel wat moeilijkheden van ontwerptechnische aard op. Aanvankelijk hadden we alle spiraalvormige terugkeerveertjes op de elektromagneten helemaal verwijderd. Uit proeven was namelijk gebleken dat dit de repetitiesnelheid zeer ten goede kwam. Maar... omdat het nochtans erg kleine gewicht van de ankers zo permanent op de toetsen kwam te liggen, kwam de demping van heel wat snaren bij het loslaten van de toets in het gedrang. De voor die demping nodige kracht bleek tot overmaat van ramp, heel erg verschillend te zijn van toets tot toets en volkomen afhankelijk van de afregeling van de dokjes. Dit noopte ons ertoe alle veertjes opnieuw aan te brengen. Het daardoor geintroduceerde probleem was nu, dat het hele mechanisme erg luidruchtig werd omdat bij het lossen van de toetsen, de ankers vrij konden 'dansen' op het aanraakvlak van de toetsen. Om dat rammelende euvel op te lossen konstrueerden we een dubbele met dik vilt beklede demperlat, waarmee de veerresonanties grotendeels konden worden gesmoord. Een volgend probleem waarmee we te maken kregen was de ongelijkheid van de nodige aanslagsterkte voor de zwarte versus de witte toetsen. De verschillende lengte van de hefbomen, die de toetsen uiteindelijk toch zijn, maakt dat er een krachtverschil is van enkele procenten. Dit losten we op door kompenserende velocities uit te sturen voor de kromatische en de diatonische tonen. Een verder inherent probleem was dat de aanslagkracht ook een funktie is van de snaarlengte. Voor de lage -en dus lange- snaren is alweer iets meer kracht nodig. Tenslotte kregen we ook nog af te rekenen met het -op zich simpel in te zien- verschil in aanslagsterkte in funktie van de registers. Immers wanneer een toets twee snaren moet tokkelen, is een dubbel zo grote kracht nodig dan bij een enkele snaar. Uiteindelijk slaagden we erin al deze parameters in de firmware in te bouwen waardoor die met recht en reden 'smart' kan worden genoemd. Een laatste, maar eigenlijk voor ons zo goed als onoplosbaar probleem heeft te maken met onderlinge verschillen in kracht naargelang de lengte van de plektra in de dokjes. Onoplosbaar, omdat dit geheel afhangt van de nauwkeurigheid waarmee de speler of instrumentenbouwer die plektra snijdt. Voor wie het allemaal wil narekenen, hier een gedetaileerde maatschets voor dit klavecimbel:

Na veel wikken en wegen besloten we -na voltooing van de eigenlijke Vorsetzer- toch ook een poging te wagen om ook de registers te automatiseren. Een vrij hachelijke onderneming omdat de manier waarop die registers werken allesbehalve een toonbeeld is van goed mechanisch design. De idee erachter is de hele dokkenlijst met plektra voor het stel snaren voor dat register zowat 2 mm te verschuiven, zo dat de plektra de snaren niet meer kunnen raken. Probleem is echter dat die dokjes tijdens dat verschuiven aan de onderkant rusten op het uiteinde van de toetsen. Na verschuiven van de dokkenlijst staan alle dokjes dan ook een beetje schuin. Die schuinstand wordt opgeheven vanzodra de toetsen de betreffende dokjes omhoog geduwd hebben. Het resultaat is, dat die registers pas na wat inregelen en inspelen redelijk betrouwbaar blijken te werken. Automatisering van een dergelijk mechanisme is om die reden een hachelijke onderneming omdat we niet kunnen garanderen dat het altijd helemaal betrouwbaar zal werken. Voor die automatisering dienden zich in grote lijnen drie verschillende mogelijkheden aan:

1.- gebruik van twee stappenmotoren met schroefdraadstang waarmee de dokkenlijsten heel precies kunnen worden verschoven en gepositioneerd. Probleem met deze aanpak is dat de twee stappenmotoren vrij groot en zwaar zijn en dat we daarom telkens slechts een motor per kant van het instrument zouden kunnen monteren. Verder probleem is dat het bewegen van de registers altijd gepaard zal gaan met glijdende piepjes en geluidjes veroorzaazkt door de motoren. Een voordeel zou evenwel kunnen zijn dat tussenliggende posities mogelijk kunnen zijn en dus een zekere mate van regeling van de aanslagsterkte. Experimenten die we uitvoerder met zo'n mechanisme brachten evenwel aan het licht dat het principe weliswaar goed werkt, maar dat de onderlinge verschillen in sterkte tussen de verschillende tonen heel erg groot worden.

2.- gebruik van twee bidirectionele elektromagneten. Gezien de nodige kracht, moeten we in dit geval vrij grote magneten gebruiken die we dan -zoals in bovenstaand geval met de motoren- elk langs een andere kant van het instrument moeten monteren. De breedte van het instrument zou dan met minstens 40 cm vergroot worden. Het risico op beschadiging tijdens transport wordt daardoor bijzonder groot. Een bijkomend probleem is dat we niet direkt een leverancier of fabrikant weten die dergelijke elektromagneten met een traject van maximaal 2 a 3 mm in zijn leverprogramma heeft.

3.- gebruik van vier trekmagneten. Hier kunnen we volstaan met 6.5 Watt / 100% duty cycle types, die we met een verdubbelde spanning in pulsbedrijf kunnen aanwenden. Het vermogen (en dus ook de geleverde kracht) wordt dan opgedreven tot de viervoudige waarde, 24 Watt dus, bij duty cycle 25%. Dit kan, omdat eens de dokkenlijst verschoven is, de magneten verder onbekrachtigd kunnen blijven. Ook in dit geval zijn we verplicht aan elke zijde van het instrument twee dergelijke magneten te plaatsen. De uitsteeksels die dit voor gevolg heeft kunnen echter worden beperkt tot 50 mm.

We besloten de derde mogelijkheid uit te werken en zowel in hard- als firmware te implementeren. Extra processoren waren daar niet voor nodig maar wel een extra voedingsmodule voor de registermagneten: 26V - 90W, er kunnen immers maximaal twee magneten tegelijkertijd bekrachtigd worden.

Gebruikersaanwijzingen en instrukties:

Voor het wegnemen van de vorsetzer evenals voor het verwijderen van de slede met de voedingen en de besturingscomputer, moet de stroom volledig uitgeschakeld worden. Ook voor het wegnemen van de demperlat -nodig bij het stemmen van het instrument- raden we sterk aan de stroom volledig uit te schakelen.

Voor transport raden we aan het instrument steeds horizontaal te transporteren en het op een zachte ondergrond te leggen. Een groot stuk schuimrubber is heel erg geschikt.

Midi channel: 0 . If one wants the instrument to respond to another channel, the corresponding constant in the source code has to be changed and the code recompiled on the hub-board only.

Note off: release not implemented.

Note on: velocity implemented, but the ideal value should be 64 If plectra are changed, different velocity values might give better results. With velo value 1, no substantial pulse will be applied to the solenoids. This opens the possibility to lift the dempers from the string(s) without playing the note itself. If the default velocity override-mode is used, velocities can be controlled with controller 81. Also in this case, setting controller 81 to 1, will just lift the dampers.

Key pressure: implemented for automatic note repeats. The repetitions rate can be different for each individual key. [we ommitted this feature in the final design, as fast repetitions on notes are potentially very destructive for the instrument. If required, there is a metacompiler command in the PIC sourcecode, wherewith it can be re-enabled.].

Controllers:

Controller #30: sets the global repetition rate. However, note that note repetitions will only be synchronous if the note on commands start at the same time.

Controller #66: ON/OFF switch. This controller is mandatory! If the instrument is not in use, always switch power off using this controller. Do not repeat on/off commands fast, as this can be detrimental to the power supplies. In normal use, leave some 5 seconds between off/on commands. This controller always performs the all-notes-off command and resets all controllers to their default value.

Controller #69: switches lights automation mode on of off. By default, this is switched to ON.

Controller #80: ON/OFF for velocity control. OFF means, the robot disregards velocity bytes send with note-on commands but uses either the constant/smart optimum value or any fixed value set by the user using controller #81. The default value is always OFF.

Controller #81: set a value for the constant/smart velocity value to be used on reception of note-on commands. If this controller is set to 0, the default values will be applied. With value 1, it will just lift the dampers. Whenever this controller is sent, controller 80 will be reset to OFF and incoming velo bytes will be replaced. Compensation for the difference in required force for black keys versus the white ones is automatic. Scaling in function of the pitch (low strings require slightly higher velocities than high strings) as well as in function of the number of registers selected is automated as well. There is some intelligence in the system... If controller 80 is set to any value other than 0, none of these 'smart' features are applied. In that case it's up to the user to send velocities taking into account all these dependencies. The advantage of using individual manual velo settings are in the possibility to take into account note-to-note differences in the instrument itself and thus to minimize any mechanical noises from the key mechanism.

Controller #82: Set the duration of the pulse applied to the register solenoids whenever register changes are issued using the program change command.

Controller #123: all notes off. Releases all solenoids. Does not reset controllers.

Program Change: used to adapt the velocity scaling according to the registers selected. Values are: 0 = no register selected, 1 = first 8' register, 2 = second 8' register, 3 = both 8' registers are selected. When no registers are selected, it is possible to play in a ppp mode, whereby no strings are plucked but at the most gently touched by the plectra with the dampers for the notes played lifted up. The use of electromagnets to automate the registers is implemented on the hub board, and we did mount the required solenoids. However, there may be some problems here as the trajectory for the sliding mechanism is smaller than 2 mm, the force needs to be quite large and... last but not least, aural feeback seems to be required here as the mechanism is inherently not really reliable. The duration of the pulses the register solenoids get on reception of program change commands can be controlled with controller #82.

Aftertouch: not implemented
Pitch Bend: not implemented

Technical specifications:

• size: width 900 mm, heigth 300 mm (without floor stand), length 1850 mm
• weight: ca. 60 kg (estimated)
• transportation: a normal car with a back door for loading will do, provided it accomodates the length of the harpsichord.
• power: 230 V - 260 VA peak
• Tuning: 440Hz (if 415 is required, just transpose your music a semitone down. The range than becomes 36 - 89)
• Ambitus: 35 - 88
• control: standard 5-pole DIN MIDI-input, midi-channel: 0 (or 1, of one counts 1 to 16)
• output: 1 MIDI Thru, buffered to drive long lines.
• Insurance value = building cost: 15.000 Euro.

Design and construction: dr.Godfried-Willem Raes

Collaborators on the construction of this robot:

• Kristof Lauwers
• Mattias Parent
• Hans Roels
• Moniek Darge
• Chris Vandekerckhove

Music composed for <Cemba>:

Designed to be used by Marc Sinan.

Pictures taken during the construction in our workshop:

Back to composers guide to the M&M robot orchestra.

Back to Main Logos page:index.html

To Godfried-Willem Raes personal home page...

To Instrument catalogue

Bouwdagboek - Construction & Research Diary:

• 24.04.2024: We krijgen een informatieve vraag vanuit Berlijn (Eric Nikodym en Marc Sinan) om een automatisch klavecimbel te bouwen...
• 25.04.2024: Opstellen van een prijsofferte. Het instrument zou afgewerkt moeten zijn begin augustus 2024.
• 27.04.2024: Inventarisatie van de nodige PCB's en halfgeleiders. Toepassing van het puls-hold ontwerp lijkt aangewezen, ook al is aanslaggevoeligheid bij een klavecimbel muzikaal-expressief van weinig betekenis.
• 03.05.2024: We krijgen een bestelling binnen vanuit Berlijn voor een geautomatiseerd klavecimbel. Wellicht moeten we dit bouwprojekt nu even voorrang geven en <Sperspi> wat laten wachten... Roepnaam voor het nieuwe projekt wordt <Cemba>. Gezien de tijdsdruk lijkt het aangewezen de komponenten bedoeld voor <Sperspi> voor <Cemba> te gebruiken.
• 04-05.05.2024: Bestudering van de mechanische problemen inzake automatisering. Bij het ontwerp van een Vorsetzer moeten de ankers van de elektromagneten in elk geval een terugkeerveer hebben zodanig dat in rust geen enkele kracht op de toetsen wordt uitgeoefend. Het bewegingstrajekt kan tot 10 mm beperkt worden. Bij gebruik van elektromagneten zoals op <Spiro> zou de responstijd oplopen tot ca. 40ms. Dat is het euvel waarmee Spiro behept is. Willen we die responsiviteit vergroten, dan moeten we sterkere magneten toepassen. De Black Knight types 121-420-620-620 die we gebruikten voor meerdere vroegere robots, blijken niet meer op de markt aanwezig. Een mogelijk vervangtype zou kunnen zijn: Intertec ITS-LZ-1949-D-12V. Deze hebben een diameter van 20 mm, een werkspanning van 12V en een nominaal vermogen van 7 W. Dergelijk type, maar dan een fabrikaat van Lucas-Ledex, pasten we ook toe voor <HarmO>. Hier is het datablad voor dit type elektromagneet. Een iets kleiner type, met een diameter van 16 mm en een nominaal vermogen van 5.5 W bij 12 V is wellicht nog beter geschikt. Hier is het datablad. Aanmaak van een boormal in multiplex. Boren en honen van de gaten voor de elektromagneten in inox profiel 30x30x3. De schroefdraad is 7/16"-20 UNF, onbegrijpelijk toch wel voor een Duits fabrikaat.
• 06.05.2024: Er blijken enkele ingekochte elektromagneten voor dit bouwprojekt 'verdwenen' te zijn uit ons atelier... Met wat scharrelen blijken we toch nog nipt de nodige 54 spoelen in huis te hebben.
• 07.05.2024: Narekenen van de voedingsspanningen en vermogens.
• 08.05.2024: Uitzaken en van gaten voorzien van de zijstukken van de vorsetzer in 10 mm dik inox.
• 09.05.2024: Uitzagen en boren van een houder voor PCB's.
• 10.05.2024: Verder rommelen in onze voorraden: op zoek naar geschikte transformatoren. Geschikte 12V 100VA transfo gevonden en 'klassieke' analoge voeding in elkaar gestoken. Gelijkaardige 22.5V 100VA transfo gevonden en een tweede analoge voeding volgens hetzelfde recept opgebouwd. Te vrezen valt echter dat dergelijke voedingen te zwaar zijn voor montage op het instrtument...
• 12.05.2024: Chassis voor de elektromagneten gelast. De houder voor de PCB's eveneens, maar voorlopig zijn beide delen nog niet aan mekaar vastgelast. Voor de zekerheid zouden we het graag vooraf toch eens passen op het instrument zelf. Dit verwachten we echter pas tegen het eind van de maand mei.
• 13.05.2024: Testmontage van alle elektromagneten. Eerste konstruktie van de pootsokjes met een tussentule uit polyolefine (krimpkous). Gelukkig hebben we nog voldoende sokjes op voorraad.
• 16.05.2024: Eerste pas-test van de vorsetzer op het instrument: zowat alles blijkt helaas foutief te zijn. De witte toetsen hebben erg ongelijke breedtes. De lage si en de hoge mi toets zijn 25.74mm breed terwijl de overige 30 witte toetsen 23.418 breed zijn. We moeten dus ofwel alle gaten opnieuw boren, ofwel uitfrezen op het bestaand chassis... De globale breedte van 754 mm stemt wel overeen. Wat de hoogte betreft ziet het ernaar uit dat er geen groot probleem is.
• 17.05.2024: Overleg... Het is en blijft moeilijk werken zonder het instrument zelf bij de hand te hebben...
• 23.05.2024: Maten opnieuw nagetrokken door Mattias Parent. Nieuwe boormal 1:1 gemaakt. De diepte van de vorsetzer moet alleszins kleiner worden genomen dan 10 cm. Eerste pogingen om met een vingerfrees de gaten te korrigeren en om stelsleuven aan te brengen waardoor we de precieze positionering van de elektromagneten kunnen realiseren. Helaas echter hebben we geen vingerfrees van 11 mm. We hebben alleen even maten van 4 mm tot 20 mm... Kunnen we de vertikale plank waarmee het mechanisme verborgen wordt helemaal weglaten en de ruimte die vrijkomt gebruiken voor voedingen en hub board?
• 24.05.2024: Verder werken aan het chassis: frezen, vijlen en boren... Een goede bolfrees verricht hier wonderen al is ze geen lang leven beschoren.
• 25.05.2024: De gaten voor de elektromagneten zijn nu zo goed als afgewerkt.
• 26.05.2024: Testmontage van de PCB's en konstruktie van koperen rails voor de voedingsspanningen. Voor het vastzetten gebruiken we hier koploze M4 boutjes.
• 27.05.2024: Eerste tentatieve testbedrading. Verder werk aan de firmware voor de PIC processoren.
• 28.05.2024: Zouden we er niet goed aan doen een controller te implementeren waarmee de uitgestuurde velo waarden kunnen gebypassed worden en vervangen door een instelbare konstante?
• 29.05-09.06.2024: Ontwikkeling, test en debugging van de kode voor de vijf PIC microprocessors.
• 10.06.2024: Levering klavecimbel. Nu kunnen we de precieze maten nemen en tests uitvoeren. Onderstel ontbreekt nog.
• 11.06.2024: Aanpassen blokjes links en rechts naast de toetsen. Aanpasstukjes gemaakt in polykarbonaat: 2 x 8 mm = 16 mm dikte.
• 12.06.2024: Konstruktie power-supply module: aluminium chassis. Frontpaneel in polykarbonaat.
• 13.06.2024: Begin bedrading voedingsmodule. Konstruktie van een slede voor de montage daarvan onderaan het klavecimbel.
• 14.06.2024: Soldeerwerk voor het midi-hub board. Versie 1.0 van de firmware voor dit board afwerken en eerste tests daarvan op het board en met de oscilloskoop..
• 15.06.2024: Bedrading voeding- en hub-module afgewerkt. Bedrading vaste konnektor op de Vorsetzer zelf aangelegd.
• 16-17.06.2024: redaktie testkode in GMT.
  
• 18.06.2024: test en metingen. Automatische toetsrepetitie blijkt niet de gewenste resultaten op te leveren.
• 19-21.06.2024: Firmware bijgeschaafd. Kontrollers 80 en 81 geintroduceerd.
  
• 22.06.2024: Problemen met de snaardemping doen zich voor. Moeten we de terugslagveren opnieuw aanbrengen?
• 23.06.2024: Bedrading in goede banen geleid en begonnen met het opnieuw plaatsen van de veren.
• 24.06.2024: Alle veren opnieuw aangebracht. Probleem nu is dat het mechanisme heel erg rammelt als het speelt...
• 25.06.2024: Konstruktie van een demperlat uit twee lengtes inox L-profiel. Proefmontage en tests.
• 26.06.2024: Profielen op 11 mm afstand van elkaar aaneen gelast. Verlijmen van 12 mm dik vilt op de 15 mm L-profielen. Opnieuw tests, metingen en afregeling. Probleem is nu dat om het instrument te stemmen, de demper-unit moet weggenomen worden. Met gemonteerde dempers zijn de zwarte toetsen niet bereikbaar... Hoe dit wegnemen soepel kan gebeuren moeten we nog uitdenken...
• 27.06.2024: Twee M5 schroefdraden aangebracht in de dempereenheid. Hiermee kan de demperhoogte goed afgeregeld worden. Firmware voor alle boards opnieuw onder handen genomen. De pulsduren voor de velocities -gemeten met de Tektronix skoop- zijn nu:

  	board 1	board 2	board 3	board 4
  1				15 ms
  13				20 ms
  36				30 ms
  64				40 ms
  87				50 ms
  127				65 ms

  
• 28.06.2024: Alle firmware opnieuw in de PIC's opgeladen. Alles lijkt naar behoren te werken en het rode E10 lampje doet het uitstekend...Twee montage 'naalden' met verzwaarde kop gedraaid en gelast. Door deze weg te nemen, kan de demperunit eenvoudig worden weggenomen voor het stemmen. In de hub firmware voorzagen we nu een toets-afhankelijke velocity sturing. Gebleken was immers dat de zwarte toetsen zowat 10% meer kracht nodig hebben dan de witte. Deze toets-kompensatie werkt alleen wanneer controller 80 op 0 is gezet (de default). De extra pulsduur voor de zwarte toetsen wordt bepaald door de konstante BW_Compensation in de bronkode van de firmware. Nu is die bepaald op 7. Met deze waarde en de nieuwste lookup tabellen, is de default vaste velocity 59. Dus,66 voor de zwarte toetsen. Gebleken is nu evenwel, dat wanneer de beide registers worden ingeschakeld de nodige kracht zeker in het laagste anderhalf oktaaf, heel wat groter moet worden genomen.
• 29.06.2024: Firmware voor het hub-board herzien. Alvast voorzieningen genomen voor eventuele besturing van registermagneten. Hiervoor moeten we een keuze maken uit volgende mogelijkheden: 4 elektromagneten, 2 bidirectionele elektromagneten, of 2 stappenmotoren met schroefdraad. We pasten de firmware in de puls-hold boards alvast aan zo dat nu automatisch rekening gehouden wordt met het aantal aktieve registers.
• 30.06.2024: Messing stelringen vervaardigd voor het vastzetten van de vorsetzer op het klavecimbel. Boorgat: 3.2 mm, schroefdraad M4 voor stelbout. Demperviltjes op de dokjes wat beter afgeregeld. Stelblokjes links en rechts met messing schroeven de de blokjes links en rechts van het klavier vastgezet. Alle toetskrachten opnieuw nagerekend, want het bleek dat de zwarte en de witte toetsen toch een verschillend pivoteerpunt hebben. De ontwerper van het instrument moet daar dus rekening mee hebben gehouden. Uiteindelijk is er slechts een klein verschil in aandrukkracht tussen witte en zwarte toetsen. Het verschil tussen de kracht nodig voor elk register is heel wat groter en de kracht voor het spelen van beide registers moet dan ook meer dan tweemaal groter zijn dan die nodig voor het eerste register alleen.
• 01.07.2024: Bubble sort algoritme toegepast in de puls-houd firmware. Dit zou een snelheidswinst moeten opleveren in de afhandeling van de timers tegenover de 'select case' struktuur die we hier vroeger gebruikten. Toch nog steeds problemen met onvoldoende kracht voor de noten 37, 39,42 en 44, ook wanneer we de pulsspanning verhogen tot -18V. Klavecimbel helemaal op A=440 Hz gelijkzwevend gestemd. Na tests bleek dat het bubble-sort algoritme inderdaad efficienter werkt dan de eerder toegepaste select case konstruktie.
• 02.07.2024: Nieuwe en wat langere (20 mm) messing stelringen met gat van 3.2 mm gemaakt, nu voorzien van M4 kogelkop stelboutjes. Voeding en hub-module vastgemaakt op de onderkant van het instrument. Het is een eenvoudige slede-konstruktie zodat deze module heel eenvoudigd kan verwijderd worden. Een van de dokjes is afgebroken, hoewel we het zeker niet overbelast hebben. Materiaalmoeheid?
• 03.07.2024: Met Chris Vandekerckhove nog wat verbeteringen aangebracht en het kapotte dokje hersteld. Die dokjes en plectra zijn nog steeds leverbaar via de Amerikaanse website van Zuckermann. Door een bezoek aan die webshop kwamen we ook te weten dat de nieuwprijs van zo'n Italiaans klavecimbel 10.637 Euro bedraagt.
• 04.07.2024: Enkele demo files klaargemaakt voor demonstraties met Cemba. Onder andere, Gyorgy Ligeti's 'Hungarian Rock', oorspronkelijk geschreven voor klavecimbel.
• 05.07.2024: Marc Sinan komt de vorderingen bekijken en beluisteren in onze werkplaats. Begin onderzoek naar een mogelijke automatisering van de registers. Hij dringt er nogal op aan dat we dat ook zouden aanpakken, ondanks de inherente onbetrouwbaarheid van het mechanisme.
• 07.07.2024: Uitzoeken en testen elektromagneten. Aftekenen van de in het instrument te maken gaten. BLP41 lijkt geschikt:
• 08.07.2024: Twee gaten 13.5mm aan de rechterkant geboord op onderlinge afstand van 50 mm. Dit moet passend te krijgen zijn voor de montage van twee BLP41 120 610 620 open frame elektromagneten. (Farnell order code. 9687769). Konstruktie van een stevig stoeltje of konsole voor de elektromagneten. Inox L-profiel 50 x 50 x 4 lijkt meer dan voldoende. Lengte: 60 mm.
• 09.07.2024: Lassen van de trekhoekjes op de ankertrekkers. Eerste testmontage. In principe lijkt het te werken, maar door de haakse krachten krijgen we af te rekenen met enige terugvering. Dat is een groot probleem, omdat het bewegingstrajekt ternauwernood een milimeter groot is... Lineaire lagers zouden hier goed te pas komen, maar daarvoor is er te weinig plaats. Grondiger onderzoek en experimenten wijzen echter uit dat het terugveren van de registerschuiven helemaal niet te wijten is aan de trekhaakjes, maar wel veroorzaakt wordt door de demperviltjes op de dokjes die wat verschuiven op de snaren. Het zijn de snaren zelf die voor het veereffekt zorgen. Dit kan maar opgelost worden, door alle dokjes even omhoog te bewegen...Dus, na het bekrachtigen van een registermagneet zouden we een chromatische toonladder met velo = 1 moeten spelen. Tijdens die toonladder moet de magneet dan bekrachtigd blijven.
• 10.07.2024: Begin konstruktie van de automatisering aan de linkerkant. De bestaande registerknopjes moesten we verwijderen. Bovendien zaten ze stevig vastgeroest in de dokkenschuif. Het instrument moet voor het in onze werkplaats terecht kwam, toch zeker enige tijd in een vochtige ruimte opgeslagen zijn geweest... Het gebruik van stalen schroefdraad komt ons overigens erg onprofesioneel over. Doet Zuckermann zoiets? Hier gebruiken we inox schroefdraadstang M3 met een moertje voor de afregeling aan de kant van de schuif en met ingetapte schroefdraad in de ankers van de elektromagneten. Ook hier monteren we de elektromagneten op een konsole gemaakt uit een stuk van 70 mm L-profiel in inox 50 x 50 x 4. Montage op het instrument met drie messingboutjes 3.5 mm x 30 met bolle kop. Moeten we stootbeschermingen voorzien voor tijdens transporten? De uitsteeksels zijn in elk geval nogal kwetsbaar. Indien het instrument vaak de baan opmoet, verdient het aanbeveling een deugdelijke en gepolsterde transportkist te voorzien.

(Terug) naar logos-projekten: projects.html

Terug naar Stichting Logos' index-pagina: index.html

Naar Godfried-Willem Raes personal homepage...

Naar katalogus instrumenten gebouwd door Godfried-Willem Raes

Robotorkest

Last update: 2024-07-10 by Godfried-Willem Raes

The following information is not intended for the general public nor for composers wanting to make use of our <Cemba> robot, but is essential for maintenance and servicing of the robot by our own collaborators or by technicians employed by our clients. It also might be usefull for people that want to undertake similar projects. Feedback is mostly welcomed.

Technical drawings, specs and data sheets:

Power supplies:

• + 5V - 2A (on the Hub board)
• + 9V - 11A hold voltage
• +26V - 3.45 A register pulse voltage
• - 15V - 10 A pulse voltage (note: the positive output is grounded in this application!)
  

Wiring & circuit details midihub board:

Power MOSFET's used on the hub-board: IRLZ34NPBF ( 55V, 30A, Rdc <= 0.035 Ohm). For automation of the registers and potential later expansion (lights, sensors).

Source code firmware for this board: Cemba_Hub.bas Hex-dump for the compiled code: Cemba_Hub.hex

Circuit details solenoid driver boards:

board specifics:

Source code firmware for these boards: Cemba..bas Hex-dumps for the compiled code: Cemba1.hex , Cemba2.hex, Cemba3.hex, Cemba4.hex For compilation the Positron compiler should be used. For uploading we use MPLAB (Mircochip) in tandem with the PICkit3 programmer.

Tubular solenoids: ITS-LZ-1642-D-12VDC, Conrad order nr 506148. DC resistance 28 Ohm, cold.

+9V - 11A power supply module: XP-Power ECM100US09. Data sheet.

Register solenoids (4 pieces) : 12 V - 6.5 W @ 100% duty cycle. BLP type 41 120 610 620. Farnell order code: 9687769

Mechanical construction drawings and welding plan:

Connector wiring:

Download high resolution pictures of this robot:

References:

Raes, Godfried-Willem, "Expression control in musical automates", 1977/2024,

Prijsberekening:

14-note PCB's:

Totalisatie bouwkost:

Geschatte kostprijs van het gehele bouwprojekt, inklusief tweedehands klavecimbel: 15.000,-

Automation of the registers, extra cost calculation: