[Nederlandstalige versie]

<Puff>

This robot realizes a percussive organ in which every single note is driven by an individual small bellow. All of these bellows are on their turn driven by strong and fast operating solenoids and hence, produce a single but precisely controllable puff of wind on each stroke of the solenoid. The instrument has no equivalent in existing musical instruments. It has 84 different notes. The compass is 3.5 octaves and the instrument is tuned in equal temperament quartertones ( 2^(1/24) intervals). The scale starts at midi note 55 (equivalent to the lowest note on the violin) running upward to 96. Because of its extended range in the high treble and its quartertone tuning, this robot lends itself particularly well to music using spectral harmony techniques. If enough energy is send to the solenoids, the pipes can also be made to overblow. In this case, the duodecimo will sound, since we used closed pipes.

Musical dynamics are implemented by applying pulse width modulation techniques in the driver circuits. The pulses can vary in the range 1ms to 80ms. The circuitry used is very similar to that developed for our <Vibi> , <Player Piano> and <Tubi> automaton, although in this case, we did not use hardware timers (Intel 8054) but six PIC controllers, thus avoiding the necessity of yet another dedicated laptop computer. The picture below shows an assembly of solenoid and bellows as used in this robot:

The power supply for the solenoids is 24V dc, 120A peak such that simultaneous strokes on all bellows, does not burn out the power supply. The power for the solenoids should come up only after initialization of the PIC controllers. Hence always first switch on the mains power (with the 24V feed fully off) and after that, the 24V power switch. The piston-cylinder combinations are custom made by Airpot Corporation. They are made of Pyrex glass (fragile!) and have an outside diameter of 48.5mm (1.9"). Inner bore: 44,5mm (1.75"). The height of the cylinders, including the closing caps is 50mm. The stroke is 25.4mm (1") and thus the volume of air compressed equals 40cc (2.4 cu "). The site of the manufacturer is at: http://www.airpot.com. If anybody would be interested in using these devices, a word of warning is not misplaced here: these devices are terribly expensive (1 airpot costs 322 € and the solenoids go for 180€ each, thus one single note mechanism will cost you no less then 502€)

Each PIC controller steers 16 notes. There are six PIC boards in the instrument, all working in parallel. Since the PIC's take MIDI as input signal, we do not need a laptop in this case to control the instrument. The midi channel is fixed in the firmware to channel 13. The firmware is available from the puff directory on this site. Look for the puffx.asm files.

Mapping:

Midi note range: 55-96 for the normal chromatic pitches and 7-49 for the notes a quarter tone higher. Within our programming environment for real time composition, <GMT>, fractional midi notes can be used: 55, 55.5, ... 60, 60.5, 61, 61.5 ....96, 96.5

Note Off commands are not required. Velocity is implemented and has a wide control range. On high velocity values, the pipes may overblow. Maximum repetition rate is compromised by the duration of the pulses and thus by the velocity value requested. When the pulses are 80ms long, the repetition rate cannot exceed 1/ (80ms + 30ms) = 9Hz, or 9 notes a second. At the smallest practical velocity values, the maximum repetition rate is limited by the mechanics of the solenoid-bellows assembly. The fastest possible rate is ca. 30Hz. At velocity levels of 127 (=40ms) the repetition rate should be kept below 12.5Hz, otherwise the airpot will stick high and have no audible effect. More over, the solenoids risk burning out. At velo level 64 (-20ms) 25Hz is the maximum. The mechanical maximal repetition rate requires velocity levels below 42. The lower values giving the best musical results.

Midi Implementation Table:

The <Puff> robot also has a MIDI Output, used for firmware debug but also for reading the triggers from the build in movement sensors. The output channel equals the input channel. Details to be published in due time.

The hard/firmware mapping was designed as:

Power supply circuit:

Quartertone pipes

Our first experiments were directed to constructing the pipes for <Puff> from PVC material. Later we decided to go for brass pipes. Long term tuning stability and clarity of speech being the main concern. The type of brass used for the pipes became Ms63-F45 (hard) [440-540 M/mm2 tensioning strength, Brinell Hardness 135, ASTM (USA) 270-274 = AFNOR UZ36 - DIN CuZn37]. This is the same material we had used before for the construction of tubular bells. The blocks where made of brass staff material DIN CuZnPb3 = ASTM 360 = AFNOR UZ39PB2, Brinell Hardness 90). The pipes stand on a round base cut from red copper staff material, 50mm diameter and 10mm thickness]. The windholes and reaming for the pipes in the stand were made on a lathe.

Quartertone pipes made of brass:

note: diameters mentioned in the table are internal sizes. Add 2mm for external diameters!

• Diam: 30 length: 413        L-ak= 431      frequency:    196.8886      Note:  55
• Diam: 30 length: 400        L-ak= 419      frequency:    202.6579      Note:  55.5
• Diam: 30 length: 388        L-ak= 407      frequency:    208.5962      Note:  56
• Diam: 30 length: 377        L-ak= 395      frequency:    214.7086      Note:  56.5
• Diam: 30 length: 366        L-ak= 384      frequency:    221           Note:  57
• Diam: 30 length: 355        L-ak= 373      frequency:    227.4758      Note:  57.5
• Diam: 30 length: 344        L-ak= 363      frequency:    234.1413      Note:  58
• Diam: 30 length: 334        L-ak= 352      frequency:    241.0022      Note:  58.5
• Diam: 30 length: 324        L-ak= 342      frequency:    248.0641      Note:  59
• Heigth of pipe base: 50
• Total length of tube for diameter  30  required =  3301  mm

• Diam: 28 length: 315        L-ak= 332      frequency:    255.3329      Note:  59.5
• Diam: 28 length: 306        L-ak= 323      frequency:    262.8148      Note:  60
• Diam: 28 length: 296        L-ak= 314      frequency:    270.5158      Note:  60.5
• Diam: 28 length: 287        L-ak= 305      frequency:    278.4426      Note:  61
• Diam: 28 length: 279        L-ak= 296      frequency:    286.6015      Note:  61.5
• Diam: 28 length: 270        L-ak= 288      frequency:    294.9996      Note:  62
• Diam: 28 length: 262        L-ak= 279      frequency:    303.6438      Note:  62.5
• Diam: 28 length: 254        L-ak= 271      frequency:    312.5412      Note:  63
• Diam: 28 length: 246        L-ak= 264      frequency:    321.6994      Note:  63.5
• Heigth of pipe base: 46
• Total length of tube for diameter  28  required =  2613  mm

• Diam: 26 length: 240        L-ak= 256      frequency:    331.1258      Note:  64
• Diam: 26 length: 233        L-ak= 249      frequency:    340.8286      Note:  64.5
• Diam: 26 length: 226        L-ak= 242      frequency:    350.8156      Note:  65
• Diam: 26 length: 219        L-ak= 235      frequency:    361.0953      Note:  65.5
• Diam: 26 length: 212        L-ak= 228      frequency:    371.6762      Note:  66
• Diam: 26 length: 206        L-ak= 222      frequency:    382.5672      Note:  66.5
• Diam: 26 length: 199        L-ak= 215      frequency:    393.7772      Note:  67
• Diam: 26 length: 193        L-ak= 209      frequency:    405.3158      Note:  67.5
• Diam: 26 length: 187        L-ak= 203      frequency:    417.1924      Note:  68
• Heigth of pipe base: 42
• Total length of tube for diameter  26  required =  2088  mm

• Diam: 24 length: 183        L-ak= 197      frequency:    429.4171      Note:  68.5
• Diam: 24 length: 177        L-ak= 192      frequency:    442           Note:  69
• Diam: 24 length: 171        L-ak= 186      frequency:    454.9516      Note:  69.5
• Diam: 24 length: 166        L-ak= 181      frequency:    468.2827      Note:  70
• Diam: 24 length: 161        L-ak= 176      frequency:    482.0044      Note:  70.5
• Diam: 24 length: 156        L-ak= 171      frequency:    496.1282      Note:  71
• Diam: 24 length: 151        L-ak= 166      frequency:    510.6659      Note:  71.5
• Diam: 24 length: 146        L-ak= 161      frequency:    525.6296      Note:  72
• Diam: 24 length: 142        L-ak= 157      frequency:    541.0317      Note:  72.5
• Total length of tube for diameter  24  required =  1683  mm
• Diam: 22 length: 138        L-ak= 152      frequency:    556.8851      Note:  73
• Diam: 22 length: 134        L-ak= 148      frequency:    573.2031      Note:  73.5
• Diam: 22 length: 130        L-ak= 144      frequency:    589.9992      Note:  74
• Diam: 22 length: 126        L-ak= 139      frequency:    607.2875      Note:  74.5
• Diam: 22 length: 122        L-ak= 135      frequency:    625.0824      Note:  75
• Diam: 22 length: 118        L-ak= 132      frequency:    643.3987      Note:  75.5
• Diam: 22 length: 114        L-ak= 128      frequency:    662.2517      Note:  76
• Diam: 22 length: 111        L-ak= 124      frequency:    681.6572      Note:  76.5
• Diam: 22 length: 107        L-ak= 121      frequency:    701.6313      Note:  77
• Heigth of pipe base : 40
• Total length of tube for diameter  22  required =  1375  mm
• Diam: 20 length: 105        L-ak= 117      frequency:    722.1906      Note:  77.5
• Diam: 20 length: 101        L-ak= 114      frequency:    743.3524      Note:  78
• Diam: 20 length: 98         L-ak= 111      frequency:    765.1343      Note:  78.5
• Diam: 20 length: 95         L-ak= 107      frequency:    787.5544      Note:  79
• Diam: 20 length: 92         L-ak= 104      frequency:    810.6316      Note:  79.5
• Diam: 20 length: 89         L-ak= 101      frequency:    834.3849      Note:  80
• Diam: 20 length: 86         L-ak= 98       frequency:    858.8342      Note:  80.5
• Diam: 20 length: 83         L-ak= 96       frequency:    884           Note:  81
• Diam: 20 length: 81         L-ak= 93       frequency:    909.9031      Note:  81.5
• Total length of tube for diameter  20  required =  1138  mm
• Diam: 18 length: 79         L-ak= 90       frequency:    936.5654      Note:  82
• Diam: 18 length: 77         L-ak= 88       frequency:    964.0088      Note:  82.5
• Diam: 18 length: 74         L-ak= 85       frequency:    992.2564      Note:  83
• Diam: 18 length: 72         L-ak= 83       frequency:    1021.332      Note:  83.5
• Diam: 18 length: 69         L-ak= 80       frequency:    1051.259      Note:  84
• Diam: 18 length: 67         L-ak= 78       frequency:    1082.063      Note:  84.5
• Diam: 18 length: 65         L-ak= 76       frequency:    1113.77       Note:  85
• Diam: 18 length: 62         L-ak= 74       frequency:    1146.406      Note:  85.5
• Diam: 18 length: 60         L-ak= 72       frequency:    1179.998      Note:  86
• Total length of tube for diameter  18  required =  959  mm
• Diam: 16 length: 60         L-ak= 69       frequency:    1214.575      Note:  86.5
• Diam: 16 length: 58         L-ak= 67       frequency:    1250.165      Note:  87
• Diam: 16 length: 56         L-ak= 66       frequency:    1286.797      Note:  87.5
• Diam: 16 length: 54         L-ak= 64       frequency:    1324.503      Note:  88
• Diam: 16 length: 52         L-ak= 62       frequency:    1363.314      Note:  88.5
• Diam: 16 length: 50         L-ak= 60       frequency:    1403.262      Note:  89
• Diam: 16 length: 48         L-ak= 58       frequency:    1444.381      Note:  89.5
• Diam: 16 length: 47         L-ak= 57       frequency:    1486.705      Note:  90
• Diam: 16 length: 45         L-ak= 55       frequency:    1530.269      Note:  90.5
• Total length of tube for diameter  16  required =  823  mm
• Diam: 14 length: 45         L-ak= 53       frequency:    1575.109      Note:  91
• Diam: 14 length: 43         L-ak= 52       frequency:    1621.263      Note:  91.5
• Diam: 14 length: 42         L-ak= 50       frequency:    1668.77       Note:  92
• Diam: 14 length: 40         L-ak= 49       frequency:    1717.668      Note:  92.5
• Diam: 14 length: 39         L-ak= 48       frequency:    1768          Note:  93
• Diam: 14 length: 38         L-ak= 46       frequency:    1819.806      Note:  93.5
• Diam: 14 length: 36         L-ak= 45       frequency:    1873.131      Note:  94
• Diam: 14 length: 35         L-ak= 44       frequency:    1928.018      Note:  94.5
• Diam: 14 length: 34         L-ak= 42       frequency:    1984.513      Note:  95
• Total length of tube for diameter  14  required =  720  mm
• Diam: 12 length: 34         L-ak= 41       frequency:    2042.664      Note:  95.5
• Diam: 12 length: 32         L-ak= 40       frequency:    2102.518      Note:  96
• Diam: 12 length: 31         L-ak= 39       frequency:    2164.127      Note:  96.5

An extra feature of this robot is that we gave it movable 'eyes'. To achieve this a stepping motor controlling the position of a paired couple of lights is used. The schematic is very straightforward:

The midi mapping for the control of eye movement will be clear for the mapping table above. The stepping motor is MAE HY200-2220-018C5, Type 4240593 EC862773D, a four phase type with 200 steps per revolution.

Two orange lights are fitted on the front and back side of the robot. These are mapped on midi notes 104 and 105. In 2007 we added a rotating orange light underneath the robot. This light is mapped on notes 100, 101, 102. Note 100 serves as msb and 102 as lsb, such that a 3 bit speed and light strength control is possible. As yet, the uses of the one and only free pin on board 4 , mapped on note 103 is still to be determined.

Technical specifications:

• size: 1500mm(L) x 400mm(W) x 1480mm(H)
• weight: ca. 250kg
• Power: 230V ac , 400Watt.
• Tuning: in quartertones, based on A=442 Hz
• Ambitus: 3.5 octaves (Midi 55 to 96)
• Sensors: two PIR movement sensors and two proximity sensors for the motor control.
• Maximum sound pressure level: to be determined
• control: Puff can respond to midi commands through its midi port. It listens to channel 13.
• Insurance value: 54.000 Euro.

Design, research and construction: dr.Godfried-Willem Raes

Collaborators on the construction of this robot:

• Mark Maes (pipe construction, tuning & intonation)
• Bert Vandekerkhove (mounting, requisites)
• Johannes Taelman (firmware PIC microcontrollers, 2003)
• Kristof Lauwers (GMT-coding)
• Moniek Darge (painting and coloring advise)

As soon as it was ready, this robot became an integral part of the <M&M> robot orchestra.

Music composed for <Puff>:

• Godfried-Willem Raes
  • "Geropuff" for <Puff> and invisible instrument (2004)
  • "Preliminary Puffs", for <Puff> and invisible instrument.(2003)
  • "Qua Puff", for Puff and radar controlled invisible instrument (2004)
• Sebastian Bradt "The Kobirds" (2004) [available on CD LPD012]
• Kristof Lauwers "Nieuw interaktief stuk" (2004)

Back to Logos-Projects page : projects.html

Back to Main Logos page:index.html

To Godfried-Willem Raes personal homepage...

To Instrument catalogue

Nederlands:

<Puff>

Puff is een nogal merkwaardig soort robot orgel, waarbij er evenveel blaasbalgen zijn als orgelpijpen! Door deze aanpak werd een volledige en volstrekt polyfone aanslaggevoeligheid gerealiseerd. Elke pijp wordt vanuit een eigen, door een elektromagneet aangedreven balgje, van lucht voorzien. Door pulsbreedte modulatie van de stroom door de spoel, kan de luchthoeveelheid heel nauwkeurig worden geregeld. In tegenstelling tot een traditioneel orgel echter, leveren de hier gebruikte balgjes geen ononderbroken luchtstroom, maar slechts een enkele windstoot: een puf. Vandaar ook de naam van deze robot. Het gehele instrument is gestemd in kwarttonen en heeft een tessituur van drie en een half oktaaf. De basisdiapason voor het instrument is 442Hz. De laagste noot komt overeen met de laagste noot van de viool, in midi termen, noot 55. De tessituur loopt door tot noot 96. De intervallen zijn telkens 2^(1/24) groot. De toonhoogte is in enige mate afhankelijk van de aanblaassterkte, wat inflekties mogelijk maakt. Bij grote aanblaassterktes, kunnen de pijpen ook overgeblazen worden. Aangezien we gesloten (gedekt, in het orgeljargon) pijpen gebruikten, klinken de noten dan een duodeciem hoger, wat de tessituur uitbreidt tot 115. De gemonteerde kombinatie van elektromagneet (Lucas Ledex Inc. type FRUXAC64700, cat. nr. 195115-002) en balg (Airpot 73710-6) ziet eruit als:

Een kleine waarschuwing voor potentiele nabouwers: deze kombinaties kosten 502€ per stuk...

Voor het pijpmateriaal werd een harde soort messing gebruikt: Ms63-F45 (DIN CuZn37 = werkstof 2.0321). Voor de kernen, handmatig gevijld uit massief messingstaaf, de zachtere legering Ms58 (DIN CuZn39Pb3 = werkstof 2.0401), die echter niet te lassen is. De pijpassemblage werd dan ook met zilver-solderen uitgevoerd. Het uitfrezen van de pijpvoeten in roodkoper en van de windgaten gebeurde op de draaibank.

De voeding werd aanvankelijk opgebouwd met twee heel zware 12V loodakkus (100Ah) voorzien van een permanent aangesloten lader, maar zowel om ekologische als ekonomische redenen, voorzagen we Puff in 2007 van een geheel nieuwe voeding. De akkus hadden immers een levensduur van twee tot hooguit drie jaar en waren aan vervanging toe. De nieuwe voeding maakt gebruik van een Siemens Sitop 24V/20A schakelende voeding met konvektiekoeling gebufferd middels twee 150mF/40V bekerelkos.

In 2010 werden aan <Puff> enkele nieuwe features toegevoegd: twee PIR sensors stellen de robot nu in staat om menselijke bewegingen te volgen en daarop te reageren middels bewegingen van de twee ogen. Voor de besturing van de stappenmotor en de witte LED's in de ogen, werd een extra PIC microcontroller ingezet.

<Puff> luistert naar midi kommandos op kanaal 13.

Bouwdagboek:

Omdat ons vaak wordt gevraagd hoeveel werk en tijd kruipt in, en nodig is voor, het bouwen van een muzikale robot, hebben we ook voor <Puff> een beknopt bouwdagboek bijgehouden:

• 03.11.2003: eerste ideen en konkrete tekeningen naar aanleiding van een aanbieding van een stel elektromagneten met balgen uit een fabrieksrestant.
• 05.11.2003: Levering van de partij elektromagneten; 84 stuks blijken intakt en bruikbaar.
• 06.11.2003: opmetingen karakteristieken elektromagneten, luchtdruk en debiet van de balgjes. De elektromagneten zijn type 195115-002 van Lucas Ledex Dormeyer (dat bedrijf, gevestigd in Vandalia, Ohio, lijkt wel zowat een monopolie positie te hebben op de markt van kwaliteits elektromagneten...) en zijn gewikkeld voor een nominale spanning van 23.5V. De DC weerstand, koud, is 3.6 Ohm. De nominale stroom per spoel komt daarmee op 6.5A te liggen. De repetitiesnelheid, bij aansturing met pulsen gaande van 3 tot 80ms, kan maximaal 30Hz zijn. De voeding zal behoorlijk zwaar dienen te zijn: bij gelijktijdige aansluiting van alle spoelen, zouden we gedurende 80 ms een stroombehoefte hebben van maar liefst 798A... Buffering met heel grote elektrolieten en/of met een zware loodakku (24V/ 100Ah) lijkt dan ook aangewezen, evenals uiteraard, een limitering via serialisatie in de software. In elk geval zal voor de bedrading een behoorlijk zware draadsektie gebruikt moeten worden.
• 07.11.2003: begin konstruktie stalen chassis. De spoelen worden om en om gemonteerd op twee lengtes L profiel 100x100x8, met een lengte van 1390mm. Er zijn vier rijen spoelen en elke rij telt 21 spoelen. Hoofdchassis geboord, zijstukken in kokerprofiel (100x50*x380) uitgezaagd en klassiek gelast, vanwege de eerder grote profielsterkte. Besprekingen mogelijkheid tot gebruik van PIC controllers voor direkte aansturing vanuit midi met Johannes Taelman. Specifikatie van de nodige schakelfunkties. Minstens zes PIC controllers zijn nodig.
• 08.11.2003: Ontwerp en bouw wielstel. Wielassen: geharde as, 25mm diameter, doorlopend per wielpaar. Vork uit plat 10mm dik. Kruisdisselbesturing uitgewerkt. Vertikale draaiassen: 2" (60mm) koncentrisch met 6/4" buis (52mm): lagering in Teflon. Duw- en trekveren te monteren. Wielen 38cm diameter.
• 09.11.2003: Stalen draagstruktuur afgelast. Kruisdissel met besparing bovenruimte voor akku gelast. Houders ventielen op L profiel gespoten (Rood RAL 3000). Trekveer gemonteerd in voorwielas (6mm draad, diameter 45mm, lengte 35 cm) . Stuurstang met inox handgreep gelast. Ook hier veren voorzien zo dat de handgreep wanneer niet in gebruik geen extra ruimte inneemt.
• 
• De werkfotoos hierboven geven de details van de eerste atelierwerkzaamheden vrij goed weer.
• 10.11.2003: Inkoop 2 nieuwe 12V akkus en lader voor 24V vrachtwagenakkus. Draagstruktuur gelast voor akkus. De lader kan nu plaatsvinden onder de accus. Het grote gewicht van <Puff>, met gemonteerde akkus, noodzaakte ons tot de konstruktie van een loopkat voor de ateliertakel.
• 11.11.2003: Montage automatische akkulader onder akkukompartiment. Modifikatie schakeling akkulader. Test voedingsschakeling. Schilderwerk ondergedeelte chassis. (Zinkoxyde coating). Mail met printontwerp en schema binnengekomen van Johannes Taelman. De export van Gerber plots schijnt nog problemen op te leveren.
• 12.11.2003: Montage eerste puff-ventielen op rubber trillingsdempers. Boutjes: Inox 4mm x 35mm, Hex-inbus. Montage akkuklemmen en verbinding met lader. Konstruktie en montage zekeringenkast. (Zekeringen: 6 x 40A, 1x 3A, 1x 10A). Eindontwerp uitvoering bedrading vermogenselektriciteit. Schema: zie engelse kommentaartekst hierboven.
• 
• 13.11.2003: Zoektocht naar een geschikte wals programmaschakelaar. Montage 42 puff-ventielen. Test 5V voeding. Montage massa kontaktstrips (omgebouwde auto zekeringenkast). Software geschreven voor de berekening van de kwarttoonspijpjes. De berekende lengtes zijn toegevoegd in de engelse tekst hierboven. Pijpdiameters kunnen varieren van 40mm tot 10mm. De voeten kunnen konisch worden gedraaid in kunststof op een metaaldraaibank.
• 
• 14.11.2003: Montage 2e rij puff ventielen. Ongeluksdag. Enkele pyrex puffers gebroken... PCB ontwerp verstuurd naar Digit printservice.
• 15.11.2003: Opzoekwerk naar de site van de fabrikant: http://www.airpot.com.
• 16.11.2003: Pyrex cilinders besteld bij Airpot corp.
• 17.11.2003: Koncentrische messingpijp besteld. Walsschakelaar besteld.
• 18.11.2003: berekeningssoftware ontworpen voor de kwarttoonspijpen en hun mensurering voor messingbuis, wanddikte 1mm..
• 19.11.2003: 3 gebroken pyrex airpots van gebroken glas ontdaan.
• 21.11.2003: Nylon staaf ingekocht voor fluitkernen. Rem gemonteerd op voorwiel. Draaibank besteld.
• 26.11.2003: PC boards geleverd voor PIC controllers. Start bestukking en soldeerwerk.
• 27.11.2003: soldeerwerk PC boards
• 28.11.2003: Konstruktie inox draagplaat voor walsschakelaar , midi konnektoren en CEE netstekker. Bedrading netstroom gedeelte en walsschakelaar. Montage MIDI-konnektors (1 x IN, 2x THRU).
• 29.11.2003: Konstruktie draagstruktuur voor de zes processor boards. Soldeerwerk processor boards. Uitwerking midi bedrading. Montage en afregeling 5V voedingsgedeelte.
• 30.11.2003: 18u kwazi ononderbroken bedrading gesoldeerd... Alle puffers zijn nu verbonden met de Weidmueller konnektors en met de gemene plus van de voeding. Voedingsaansluitingen aangesloten op zekeringenkast.
• 01.12.2003: Levering messing voor pijpwerk. Marc Maes: Bestudering materialen. Levering eerste geprogrammeerde PIC controller voor board 1 door Johannes Taelman. Bedrading logic power supply naar PIC boards voor eerste tests. Poging tot herstelling met epoxy van gebroken puffer.
• 02.12.2003: Bedrading MIDI input en Thru. Levering Contimac metaaldraaibank. Montage draaibank.
• 03.12.2003: Test midi input en buffering.
• 05.12.2003: Start konstruktie pijpen: Marc Maes. Vooras in gehard staal afgedraaid op draaibank. Omega ringen gemonteerd. Konstruktie toegelicht in interview voor BBC radio.
• 06.12.2003: Achteras afgedraaid op draaibank. Omega ringen gemonteerd. Puff kan nu rijden. Nieuw assortiment metaalvijlen ingekocht voor konstruktie pijpwerk. Circliptang gekocht.
• 07.12.2003: Bestaande verstorven rubberdempers afgesneden en vervangen door viltkussentjes. Twee airpot's gelijmd met doorzichtig epoxyhars (Loctite 3430). Kabelboompjes aangelegd.
• 08.12.2003: Levering IRL640 Power Mosfets. Verlijming reserve airpot met Loctite 3430. Onderzoek fel witte LED's voor licht. Alle power mosfets ingesoldeerd. Op de ontbrekende PIC controllers na, is het hart van <Puff> nu volledig operationeel. Verder werk aan pijpen door Marc Maes.
• 09.12.2003: Start konstruktie lichten met felwitte LED's. Ontwerp stappenmotor sturing voor lichtpositionering. Test elektronika op soldeersluitingen.
• 10.12.2003: Mapping 'eyes' changed. All controlls should be implemented with the spare drivers on board 3: Weidmueller pins 0,1,2,8 each control a phase of the stepping motor (pulsed operation), whereas pins 9 and 10 (ON/OFF) controll the bright LED lights. This requires the midi note mapping to be changed as: notes 49,50,51,52: motor phases and note 53,54: light switches.
• 11.12.2003: Konsole gelast voor stappenmotor oog-lichten. Bedrading stappenmotor en lichten gelegd. Alle besturingen hiervoor komen voor rekening van board 3.
• 12.12.2003: levering 18F252 PIC controllers.Experimenteersessie kwarttoonspijpen uit messing.
• 13.12.2003: Test board 1 with midi input: works fine but all notes are shifted offset 1...
• 14.12.2003: PIC debug sessie met Johannes Taelman. Persistent probleem met output 15 op de Weidmuellers... Experimentele set pijpen aangebracht ter evaluatie van de aanslag.
• 15.12.2003: Prototype hoge pijp gemaakt in messing. Kernblok en inblaasvoet in een enkel stuk. Atelier werk met Marc Maes en Johannes Taelman.
• 16.12.2003: Eerste publieke demo van het <Puff> projekt: bijna half af... Stappenmotor en lampjes werken naar behoren. Enkele puffers doen het nog niet en er zijn nog wat problemen met de mapping.
• 17.12.2003: hardware en mikrokode debug. Alles lijkt nu naar behoren te werken. Alle zes PIC's zijn geprogrammeerd en de mapping lijkt te kloppen.
• 18.12.1003: Verdere test kode toegevoegd aan GMT in module g_gorgel.exe. (source: puff.inc).
• 19.12.2003: Konstruktie pijpwerk in messing.
• 05.01.2004: vervolg pijpkonstruktie in messing door Marc Maes.
• 09.01.2004: Pijpkonstruktie Marc Maes
• 13.01.2004: Pijpkonstruktie: 7 pijpjes klaar. Voetsstukjes in roodkoper ontworpen met bevestiging aan chassis.
• 14.01.2004: Tweede publieke demo: <GeroPuff> gedemonstreerd met Emilie De Vlam.
• 19.01.2004: Pijpkonstruktie: 14 pijpjes klaar.
• 22.01.2004: Pijpkonstruktie: 16 pijpjes klaar.
• 23.01.2004: Pijpkonstruktie 19 pijpjes klaar.
• 25.01.2004: Pijpkonstruktie 24 pijpjes klaar.
• 29.01.2004: Levering nieuwe lastafel Welda.
• 30.01.2004: Levering massief roodkoper, 2m lengte 50mm diameter. Begin zagen in plakjes van 10mm. Centeren op draaibank. Boren doorlaat 5.5mm en frezen opzetkonus voor Airpot puffers. In te kopen: vingerfrezen in maten overeenkomstig pijpbuitendiameters. Levering nieuw Argon gas.
• 31.01.2004: Alle 84 plakjes roodkoper afgezaagd. Draaiwerk roodkoper pijpvoeten: alle konussen onderzijde afgedraaid. Vlak draaiwerk voor pijpen 16mm en 18mm afgewerkt. In te kopen: boren met morsekonus MK2, diameters 16mm, 18mm, 20mm, 24mm, 26mm.
• 01.02.2004: 9 pijpvoeten ingefreesd op 20mm met vlakke houtboor (vlinderboor) in vast gedeelte draaibank (met koelvloeistof). Ridgid metaalzaag op gelaste zaagtafel gemonteerd.
• 02.02.2004: Bevestiging pijpen op chassis ontworpen. Draaiwerk pijpvoeten diameters 28,24,22mm, telkens 9 stuks afgewerkt. Nog te doen: diameters 30,32, 26 en 14mm.
• 03.02.2004: Draaiwerk pijpvoeten 26, 30 en 32 mm uitgevoerd met vlinderboren. Marc Maes: enkele extra pijpjes afgewerkt.
• 12.02.2004: Pijpwerk Mark Maes. 29 pijpjes afgewerkt. Puff operationeel gemaakt binnen M&M orkest.
• 15.02.2004: Puff partij geimplementeerd in Descent, als akt in Technofaustus.
• 23.02.2004: Werksessie pijpen Mark Maes.
• 24.02.2004: Werksessie pijpen Mark Maes. 47 pijpen afgewerkt. Sokkels voorzien van inslagnummers.
• 26.02.2004: Soldeerproeven pijpen met hete lucht bunsenbrander. Vijf pijpen gesoldeerd.
• 27-28.02.2004: Soldeerdagen. Alle 46 reeds afgewerkte pijpen gesoldeerd. Basis plaat met 2.8mm Zilver-Tin (AgSn) soldeer, labium naad met SnPb soldeer 0.6mm.
• 29.02.2004: soldeertechniek gedokumenteerd in kursus...
• 01.03.2004: pijpvoeten van inslagnummers met de (midi) noten voorzien.
• 04.03.2004: zaagwerk laagste 9 pijpen (vanaf midi noot 55): Messing buis 32/30. Bouwplan pijpvoeten:
• 05.03.2004: laagste 9 pijpen gemonteerd en gesoldeerd.
• 06.03.2004: pijpen voor noten 59.5 tot en met 63.5 gebouwd, gemonteerd en gesoldeerd. Onderdelen voor pijpen 64 tot en met 68 gedraaid, gezaagd en gefreesd.
• 07.03.2004: Extra pijp voor noot 88 gebouwd. Pijpen 64-68 afgewerkt. Voetblokken voor diameter 26/24 gedraaid, gefreesd en gevijld. Messing buis 26/24 blijkt niet geleverd... Er blijven nog 9 pijpen af te werken. Op de foto hieronder zijn de inwendige onderdelen van de pijpvoeten te zien. Op de bovenste rij liggen de stoppen voor het uiteinde van de pijpen. Op de onderste rij, de pijpbasissen.
• 08.03.2004: Zijsteunen pijpwerk ontworpen.
• 
• 09.03.2004: Pijpje 96.5 gebouwd en gesoldeerd. Zijsteunen voorzien van oranje lichten: midi mapping op noten 104 en 105. De zijsteunen worden gemonteerd op trillingsdempers M10, 40mm diameter. Test software g_gorgel.exe in GMT aangepast.
• 10.03.2004: 24V/15W bajonet lamp geplaatst in lampvoet voorkant. Koperen voetstukken gedraaid diam.41mm, hoogte 13mm voor plaatsing messing profielen uiteinde.
• 11.03.2004: Schilderwerk: rood en zwart.
• 12.03.2004: Bevestiging schakelingen op chassis. Bestelling betere remschoenen. Puf 96.5 uitgebrand... (Stuk Sebastian Bradt).
• 13.03.2004: Herstelling noot 96.5: hele werkdag... (Mosfet doorgebrand, spoel uitgebrand, Airpot gebarsten...). Nieuwe airpot gebouwd uit chroombuis (uitgedraaid), met zuiger uit aluminium. De velo scaling in de PIC's moet gewijzigd worden. Bereik 1 to 20ms lijkt ruimschoots voldoende.
• 16.03.2004: Puff gedemonstreerd aan Christian Wolff. Achteraf, ongeval bij afrijden Puff van hellend vlak in tetraederzaal vanwege de nog niet vast gemonteerde pijpen: pijpen omgedonderd als een kegelspel met breuk in 5 pijpen voor gevolg. Opnieuw gesoldeerd.
• 23.03.2004: try out met 'Quadrada Vectorial'. Voorlopige pijphouderlat gemonteerd in staal.
• 25.03.2004: Levering 26/24 messing buis. Ontbrekende 9 pijpen verder afgewerkt. Messing T-profiel gezaagd en bewerkt voor vasthouder pijpwerk. Definitief stemwerk kan beginnen...
• 26.03.2004: Werksessie Godfried & Marc: Pijpen 55-72, kromatische reeks gestemd en dichtgessoldeerd met zilver. Rem ontwerp gewijzigd: nu met kogelgewricht op M12 schroefdraad. Opgelet: de bouten (messing) waarmee de pijphouder vastzit zijn 5/8", engelse schroefdraad. Vastzetten met vleugelmoeren in messing. Niet verwarren met M10. Pijpreeks 73 - 78 heeft wellicht oortjes nodig ter verlaging van de grondtoon. (Mensuurfout!)
• 27.03.2004: Pijpen 55-75,5 gestemd en stoppen gesoldeerd. Pijp 73.5 volledig nieuw gemaakt. Transportbeveiliging ontworpen.
• 28.03.2004: Grof stemwerk pijpen 75 tot 80 (kwarttoons) en tot 96, kromatisch. Enkele pijpen opnieuw gebouwd, wegens mensuurprobleem. Nieuwe rem gemonteerd.
• 29.03.2004: Pijp 73 (24/22mm) volledig opnieuw gebouwd (eerste versie gaf teveel ruis). Ringbeugels gezaagd voor de laagste 9 pijpen.
• 30.03.2004: Verder stemwerk met Marc Maes. Rubberbanden voor bevestiging pijpen verbeterd. Viton ringen 1.78mm dik, diameter 15.6mm, Shore hardheid 70, rond spoelkernen aangebracht ter demping van de aanslag. Pijpklemrek voor transport gebouwd in hout.
• 31.03.2004: verstevigingsbeugels gemaakt voor alle pijpen tot en met diameter 20mm. Eerste verpakkingstest: Puff klaargemaakt voor transport naar Parijs.
• 01.04.2004: Puff naar Parijs...: Exit festival. Schitterende performance van <GeroPuff> met Emilie De Vlam.
• 05.04.2004: Puff terug uit Parijs.
• 09.12.2004: Mosfet voor noot 93 doorgebrand, door teveel overlappende repeats met hoge velocity waarden... Hersteld.
• 07.02.2005: Observatie okkazionele oscillatieproblemen van de akkulader.
• 15.02.2007: De transfo in de akkulader (franse makelij...) begint vervaarlijk veel te zoemen. We zoeken een alternatief voor de lader.
• 08.04.2007: Nieuwe automatische 24V lader besteld bij Farnell.
• 12.04.2007: Nieuwe lader geleverd. Tests.
• 16.04.2007: Montage nieuwe automatische 24V lader. Type: EA-BC524-11RT, Elektro-Automatik, Viersen, Deutschland. De akku's blijken echter totaal versleten te zijn... Ook de antieke nieuw gemonteerde voltmeter blijkt niet te werken.
• 17.04.2007: de ventilator van de nieuwe lader blijkt nu weer problemen op te leveren... Hij blaast periodiek. Voltmeter hersteld: de draadgewikkelde precisieweerstand (uit 1938...) was gekorrodeerd en stuk. We vervingen hem door een modern 0.1% metaalfilm exemplaar van 4999 Ohm. De draaispoelmeter zelf is een milliamperemeter met een schaalbereik van 10mA. Een alternatief voor de Puff voeding zou zijn: een Siemens Sitop 24V/20A SMPS voeding met konvektiekoeling met 500mF aan bufferelkos... We bestelden alvast bij Farnell enkele 150mF/40V elkos (ca.75 Euro per stuk...) voor de ombouw van de voeding. Dit blijkt evenwel heel wat goedkoper dan om de drie jaar twee nieuwe 100Ah akkus.
• 18.04.2007: Verdere herberekening voeding. Layout plan nieuwe voeding uitgetekend en ingepast in bestaande laskonstruktie.
• 20.04.2007: Nieuw inox subchassis gebouwd voor de voeding. Zwaailicht ondersteboven onder de robot gemonteerd. De nokkenschakelaar die we hadden - eigenlijk een ster driehoekschakelaar- blijkt onbruikbaar in de nieuwe kontekst, tenzij we er alleen de primairen mee zouden schakelen. We beslisten het gehele akku-gedeelte met lader uit het ontwerp te schrappen.
• 21.04.2007: Afzonderlijke netspanningsschakelaar gemonteerd. De paneelmeter -voltmeter- wijst nu de spanning op de elkos aan. De zwaailicht schakeling is nu aangesloten op konnektor 4b. Pic assembler kode aangepast aan nieuwe mapping.
• 22.04.2007: Nieuwe PIC gemonteerd en getest: werkt o.k. Harley-Davidson lamp gemonteerd aan de low-side van Puff: nieuwe fitting gemonteerd en kogelkopverbinding gesoldeerd op de messing drager. Lampje: 24V/10W halogeen.
• 31.08.2008: Upgrade doorgevoerd van de GMT testkode.
• 27.05.2010: Puffs right eye needs a checkup. It does not turn on anymore...
• 18.08.2010: Pipe 84.5 needs retuning and soldering of its endcap.
• 01.10.2010: Revision of the eye motor movement and the eye's themselves. We are considering using a dedicated PIC processor for this task. Movement sensing can than be integrated as well.
• 03.10.2010: Assembly of a modified midi-hub board (version 3) to use as a controller board for the eye movements and some sensors. Construction of a mounting plate for the Pepperl+Fuchs end position sensors. Construction of a mounting system for the PIR sensors.
• 04.10.2010: Further mounting works. Final assembly of the PIR sensor carrier. First experimental mounting of the Pepperl+Fuchs proximity sensors. Note that these operate on 24V DC and hence need an attenuator network for interfacing to our PIC board.
• 05.10.2010: Wiring of the midi hub board used:
• 06.10.2010: First debugged version flashed into the motor control board. This be version 1.0
• 13.10.2010: Tests in GMT seems ok Some adjustments on the sensors required.
• 09.11.2010: Code in motor control board improved. Now version 1.3. Some bugs in the interpretation of the PIR signals removed. Sampling rate for the PIR's lowered.
• 16.11.2015: Cleanup and check of power supply. Puff still works fine.
• 27.08.2021: <Puff> goes to the SMAK museum for all of the month september.
• 01.09.2021: Dust removed from the cicuit boards.
• 02.09.2021: Opening of the robot exhibition at SMAK.
• 27.09.2021: <Puff> returned from SMAK. It has been playing for 25 days continuously. Some solenoid/pump assemblies found to be loose on the back row.
• 14.09.2023: <Puff> joins the robot orchestra in its trip to the Deutsche Oper Berlin. The 'Zeroth Law' production by Gamut Inc. was performed in 27, 28 and 29th of september 2023 at the Tischlerei. All performances were fully sold out.
• 02.10.2023: <Puff> returned heavily wounded from its trip to Berlin. Many of the blow-out nipples on the pumps found broken off by heavy shaking and improper securing during transportation. This will be a complicated repair involving some preparatory study work. However, the electronics and the valves themselves seem all to work fine.

Afmetingen & andere technische specifikaties:

• hoogte: 1480mm (gemeten aan de langste pijp)
• breedte: 1500mm (exakt)
• diepte: 400mm (exakt)
• gewicht: ca. 200kg (na te wegen)
• maximale geluidsdruk: te bepalen
• Vooraleer de robot aan te schakelen, verifieer de stand van de hefboomschakelaar: deze moet op off staan en de door de voltmeter aangewezen spanning moet kleiner zijn dan 5V. Pas onder deze voorwaarden mag met de wipschakelaar onder het voedingsgedeelte, de netspanning worden ingeschakeld en daarna pas, de hefboomschakelaar in de aan-stand gezet. Bij uitschakelen, steeds eerst de hefboomschakelaar in de off-stand zetten en dan pas de netspanningsschakelaar uitzetten.
• stemming: kwarttoons vertrekkend van een diapason van La = 442Hz
• tessituur: midi 55 tot en met 96 in kwarttonen. Bij overblazen 55 tot 115.
• zwaailicht: gemapt op midi noten 100, 101, 102 (msb-lsb, 3 bits snelheidskontrole)
• data-poort: Midi port. (hardwired to listen to midi channel 13 only)
• Transport: een vrachtwagen met laadlift is noodzakelijk. De pijpen moeten beschermd worden met de daarvoor speciaal voorziene bekistingen. Deze worden vastgeschroefd op de messing pijphouder profielen met de bijhorende vleugelmoeren.
• Verzekeringswaarde (produktiekost): 55.000 Euro.

Design, research en staalkonstruktie: dr.Godfried-Willem Raes

Atelier medewerkers:

• Bert Vandekerkhove (montage en requisitering)
• Marc Maes (messing pijpkonstruktie, stemming en intonatie)
• Johannes Taelman (PIC microcontrollers)
• Kristof Lauwers (test kode in GMT)
• Moniek Darge (inkleuring)

(Terug) naar logos-projekten: projects.html

Terug naar Logos' index-pagina: index.html

Naar Godfried-Willem Raes personal homepage...

Naar katalogus instrumenten gebouwd door Godfried-Willem Raes

Last update: 2023-10-11 by Godfried-Willem Raes

Maintenance information:

• Light bulbs used:
  • back side brigth orange light: Halogen Lamp, type JC G4, 24V - 10W (110 Lumen, 2000h)
  • front side dark orange light: Halogen Lamp, type JC G4, 24V - 10W (110 Lumen, 2000h)
  • Rotary light: Halogen Lamp 24V/ 70W, mapped on midi notes 100,101,102 (msb-lsb)
  • LED spotlites inside chassis: 2 x 12V, mapped op midi note 103
  • 1W LED Red mounted under motor control board, mapped on midi note 120
  • Eye lights: 1W power LED. Left eye mapped on midi note 121, right eye on midi note 122

PC-board layout:

The hefty electrolitic capacitors used as high current buffers in the power supply are rated as 'long life'. That seems to mean a guaranteed lifetime of 20000h. So, in continuous operation one can expect these components to fail after two and a half years... If replaced, they have to be rated 150mF each at 40V dc. They are fixed to the chassis with M12 nuts. The negative pole is connected to the can and to the nut/bolt.

Detailed steering details for the rotating flashlight:

note 100	note 101	note 102	current	power
off	off	off	0	0
off	off	on	1.08A	26W
off	on	off	1.37A	33W
off	on	on	1.76A	42W
on	off	off	1.89A	45W
on	off	on	2A	48W
on	on	off	2.1A	50W
on	on	on	2.2A	53W

Eye & Motor mechanism (rev. 10.2010)

2 PIR-STD passive infrared movement sensors (Hygrosens. http://www.hygrosens.com). Mounted in a thick aluminium profile with epoxy resin. The power supply voltage for these is taken from the logic +5V.

2 Pepperl+Fuchs proximity sensors (NBB2-V3-E2)

Midihub board Version 3, with modifications for sensor inputs. Pic processor 18F2525. Firmware written in Basic and compiled with the Proton+ compiler under MPLAB. Circuit diagram.

Pic source code in assembly language (Eye control PIC) Version 1.1

Pic source code & downloads for high resolution pictures

---