[Nederlandse versie]

<Shak>

An automated pair of shakers made and designed to the order of Stef Kamil Carlens. Earlier designs for automated shakers we realised, can be found in the robots <Springers>, <Hat> and <Whisper>. At first sight, automating shakers seems to call for either a motor capable of fast CW and CWW operation or a bidirectional solenoid. As we had not too good experiences with motors -too slugish and if fast, way too noisy- we looked into bidirectional solenoids as used for the maracas in our <Springers> robot. Unfortunately though, the factory where we bought these parts -August Laukhuff Gmbh- went out of business in the summer of 2021. Apparently their activity has been taken over by Heuss Gmbh, but our attempts to order comparable parts from them failed. We didn't get any response on our requests... As an alternative, we realized a bidirectional mechanism by using two unidirectional solenoids. The Tremba type ZMF3865d looked like a viable component. This solenoid, distributed by Conrad, is specified to operate at 24 V with 100% duty cycle. It then consumes a power of 11 W. So, calculated resistance should be 52.4 Ohm. If duty cycle is limited to 5%, after the data sheet, we can dissipate up to 220 W. Calculated voltage from these values gives 107 V. The required trajectory for the anchors, in our application, is 20 mm. The force delivered by the solenoids, with 107 V applied, is then 30 N. The optimum trajectory for this type of solenoid is 15 mm, whereby they deliver a force of 40N. The circuit used for precise velocity control was dimensioned and calculated like this: These considerations lead to a power supply dimensioned like this:The +24V/32V power supply is used for the holding force, whereas the negative supply is used for the pulses only. Required current is quite high, but only needed for very short time intervals. Hence the application of pretty large capacitors.

The circuit for steering the four solenoids resembles the one designed for the valve control used for our robotic brass instruments, but obviously the firmware turned out to be completely different. The processor ports RA4, RC0, RC2 and RC5 are used to switch the 24V hold voltage on. On the ports RA5, RC1, RC3 and RC4 the high voltage pulses are generated to steer shaker attacks with high precision. A high pulse on these outputs, switches the corresponding solenoid on between the 24/32 V and the -100 V power supply lines. Thus the voltage over the solenoid is effectively >=110 V.

Mechanically, we performed a lot of expertiments to find out what kind of mechanism works -and sounds- best, also taking into account side noises originating from different sources of faults and imprecisions plaguing just about any mechanic construction.

Note 60: Shaker1 forward, velocity byte steers the attack force

Note 61: Shaker1 backwards, velocity byte steers the attack force

Note 62: Shaker 2 forward, velocity byte steers the attack force

Note 63: Shaker 2 backwards, velocity byte steers the attack force

Note 72: Shaker 1, toggling over and back, velocity byte steers the attack force

Note 74: Shaker 2, toggling over and back, velocity byte steers the attack force

Notes 120, 121, 122: lights [not yet mounted]

Controllers:

Controller #60: Hold time for shaker 1 forwards
Controller #61: Hold time for shaker 1 backwards
Controller #62: Hold time for shaker 2 forwards
Controller #63: Hold time for shaker 2 backwards

Controller #66: Power on/off., Power ON resets all controllers.

Controller #69: light automation on or off.

Controller #123: All notes off, reset.

Still subject to changes.

Technical specifications:

• size: first estimate 250 x 300 x 600
• weight: first estimate: ca. 8 kg
• transportation: needs flightcase
• power: 230V ac
• Tuning: irrelevant
• Ambitus: irrelevant
• control: MIDI-input, midi channel 10
• Insurance value:

Design and construction: dr.Godfried-Willem Raes

Collaborators on the construction of this robot:

• Mattias Parent
• Bert Vandekerkhove

Music composed for <Shak>:

Stef Kamil Carlens in the making.

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

Nederlands:

<Shak>

Dit automatiseringsprojekt ging van start op vraag van Stef Kamil Carlens. Het maakt dan ook geen deel uit van ons grote projekt rond de bouw en ontwikkeling van het robotorkest. Shakers zijn voor gebruikers van het robotorkest beschikbaar, onder meer als deel van de <Springers> robot. Een gemotoriseerde shaker is ook beschikbaar als onderdeel van de <Rumo> robot.

Bouwdagboek - Construction & Research Diary:

• 05.10.2021: Stef Kamil Carlens, bezoek aan het robotorkest en het atelier. Bespreking van de mogelijkheid tot bouw en ontwerp van een maraca automaat. Hier is een van de shakers die hij meebracht:
• 12.10.2021: Eerste mechanische schetsen
• 18.10.2021: Samenzoeken bruikbare komponenten. Uitwerken schetsen.
• 19.10.2021: Uitwerken van de elektronische sturing. Een enkel PCB moet volstaan hier.
• 20.10.2021: Laswerk van de draaikonstruktie met houder voor de shakers. Hiervoor gebruiken we M10 verbindingsmoeren en plat inox 25x3x140. Na het lassen moet de schroefdraad in de M10 moeren wel nagetapt worden. Uitmeten van de nodige krachten voor de beweging van de shaker.
• 23.10.2021: Konstruktie van de brug voor de lange M10 schroefdraad: 3 stukjes inox plat, 60 x 40 x 5 met telkens een 10 mm gat op 44 mm hoogte. Deze bruggen moeten worden vastgelast op de onderplaat. Testboorwerk voor twee elektromagneten. Montage met M3.5 x 8 boutjes en moeren.
• 24.10.2021: Brugjes vastgelast. Eerste voorlopige testmontage van de onderdelen. De bewegingsmogelijkheden blijken schromelijk tekort te komen:
• 26.10.2021: Belichten, etsen en boren van het PCB voor de besturing. Pech met de schotelverwarmer voor het etsbad: grote steekvlam en verwarmer gesneuveld...
• 27.10.2021:Verder soldeeerwerk aan de gedrukte schakeling. Herberekening van de pulse-hold komponenten: P-kanaal mosfets BSP245 hebben we niet meer in voorraad. Dit type is bestand tegen -250V... Dan maar VP0109 types toegepast. De maximale spanning is dan slechts -90V, marginaal toepasbaar hier. De vroeger vaak door ons toegepaste BS250 is hier volkomen ongeschikt, want slechts bestand tegen -45V. Voor de 10V zenerdiodes gebruikten we 1W types. De IRF620 mosfets hadden we nog in stock. Het enige nog op de print ontbrekende onderdeel is nu het 5V Zettler relais. Bestelling geplaatst bij Farnell. We kunnen beginnen met het ontwerp van de firmware en de bouw van de nodige voedingen.
• 29.10.2021: Farnell onderdel;en geleverd. PCB volledig afgewerkt.
• 01.11.2021: Start redaktie van de firmware voor de besturing. Uitwerking van de midi-implementatie. Uitsnijden van de onderplaat in 3 mm dik inox, voor de montage van de transformatoren, de voedingen en het PCB.
• 02.11.2021: Test procedures toegevoegd in GMT, binnen de kode module voor <Rumo>. Voor de tests moet de kompilatie slagwerk.exe gebruikt worden.
• 03.11.2021: Compiler upgrade: now Positron instead of Proton. Mail with Les Johnson. Board tested with firmware.
• 05.11.2021: Basisplaat uitgesneden (3 mm dik inox) en eerste boringen uitgevoerd.
• 06.11.2021: Laswerk van de 200 mm hoge vertikale opstanden (65 mm breed, geplooid uit 2 mm dikke inox plaat). Montage van de voedingskomponenten op de basisplaat.
• 07.11.2021: Laswerk van de vertikale delen met het ankergat op de bovenplaat. Deze kan nu worden vastgezet op het onderste deel met twee M12 bouten. Bedrading van de voedingen en alle konnektors naar het PCB afgwerkt. Bezoek van een spaanse studente die wil in de leer komen voor robotica... A long working day... Op het einde van de dag kon <Shak. zijn eerste tests doorstaan en ritmes spelen.
• 08.11.2021: Opmetingen van pulsduren, velo-scaling, optredende krachten en spanningen. Bijwerken dokumentatie. Montage van twee sterknoppen met M12 schroefdraad voor de positionering onder een hoek. Stelpootjes M6 gemonteerd.
• 09.11.2021: Velocity scaling gewijzigd: nu van 7ms tot 37.5ms, logaritmisch. Controller 64 toegevoegd voor experimenten zonder note-off kommandos. Firmware is nu aan versie 1.1 toe. <Shak> gedemonstreerd voor Philippe Druez en Kristof Lauwers voor feedback en evaluatie.
• 16.12.2021: Verdere metingen met het oog op mechanische verbeteringen.
• 16.02.2022: <Shak> afgeleverd aan Stef Kamiel Carlens.
• 31.10.2023: Stef Kamiel Carlens bezoek: heeft een kastje rond <Shak> gebouwd teneinde de bijgeluiden wat te dempen. Konnektors opnieuw verbonden en tests uitgevoerd. Noteer: de testkode is deel van de GMT kompilatie voor de <Rumo> robot!

(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

M&M orkest

Last update: 2023-10-31 by Godfried-Willem Raes

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

Technical drawings, specs and data sheets:

Power supplies:

• +24V - 3A (32 V peak) unstabilised.
• -85V - 4A (105 V peak) unstabilised.
• +5V - 2A
  

Wiring & circuit details midihub board:

Circuit details solenoid driver board:

Here is a picture of the assembled board: (the 5V relay is not yet mounted on the picture). And, this is the solder side:

Solenoids: Tremba Gmbh, Zylinderhubmagnet, ZMF-3865d-15.002-24VDC. Datasheet.

Cost calculation:

1. Materials and components

2. Consumables

3. Depreciations on tools and equipment used (calculated over 1 month)

4. Labor and design (45,-/hour)

Total estimated cost: 5.800,-

References:

Raes, Godfried-Willem, "Expression control in musical automates", 1977/2022
Raes, Godfried-Willem, "Logos @ 50, het kloppend hart van de avant-garde muziek in Vlaanderen", 2018