| Microtonal Musical Robot Research project on the development of new tools for musical expression at the University College Ghent 
 | 
| <Ob> 
 an oboe robot dr.Godfried-Willem RAES 2008-2010 | 
|  [Nederlandse 
        versie] | 
<Ob>
This musical robot belongs to the category of our automated classical music instruments: the oboe. The approach here was quite experimental and was an attempt to realistically automate an existing unmodified instrument, and thus it does in fact make use of a fine classical oboe. The instrument used is a Brussels made concert instrument by F.Debert, probably to be dated first half of the 20th century.
 Electromechanical control 
  of the levers did not confront us with any real problems apart from the quite 
  delicate and differentiated mechanics. Silent operation of these have been our 
  main concern. We simplified the fingerings such that we could suffice with less 
  than 16 solenoids: six closing the open holes, and the strict minimum of seven 
  for the essential levers. Some of the levers (such as the three octaving levers 
  as well as the levers to facilitate trills) are essential for players, but have 
  much less importance in an automated instrument where the attack of the tone 
  is guaranteed by the nature of the sound mechanism and where resonance on partials 
  can freely be used. Hence our simplified fingering table: the yellow lines indicate 
  the pads that are solenoid controlled in our final robot project.
Electromechanical control 
  of the levers did not confront us with any real problems apart from the quite 
  delicate and differentiated mechanics. Silent operation of these have been our 
  main concern. We simplified the fingerings such that we could suffice with less 
  than 16 solenoids: six closing the open holes, and the strict minimum of seven 
  for the essential levers. Some of the levers (such as the three octaving levers 
  as well as the levers to facilitate trills) are essential for players, but have 
  much less importance in an automated instrument where the attack of the tone 
  is guaranteed by the nature of the sound mechanism and where resonance on partials 
  can freely be used. Hence our simplified fingering table: the yellow lines indicate 
  the pads that are solenoid controlled in our final robot project. 

On the left side of the table the notes/pitches are given as midi note numbers. 
  Levers that are in no instance colored red, were left un-automated in our robot. 
  For some levers, we did not implement a solenoid to action them the way human 
  fingers would do, but rather choose to automate the closing pad directly. We 
  are developing special fingering tables for quartertone and other microtonal 
  applications. Alternative fingerings in order to obtain different sound colors 
  are implemented as well. The standard fingerings are indicated as hexadecimal numbers in the right column 
  on the fingerchart.
 
  The standard fingerings are indicated as hexadecimal numbers in the right column 
  on the fingerchart.
  The double reed however, became the main problem. The first experiments conducted 
  us to the design and building of double reeds made from piezoelectric material 
  glued to brass plates. We got a few prototypes build along this line, up and 
  working and indeed the concept is workable. The main problem here was the very 
  low obtainable sound pressure, even when driving the piezo-material well above 
  its rated maximum voltage (35 V). The second series of experiments was carried 
  out using a double faced piece of piezoceramic bonded to a central brass plate 
  and placed just touching to an absolutely flat thick brass plate with a central 
  perforation of 4.2 mm. This mechanism gives a strong buzz but unfortunately, 
  sound production is very frequency dependent as well as dependent on applied 
  air pressure (after placing the assembly in a closed container). A secondary 
  problem in this approach was the noise generated by the compressor. We used 
  a small DC motor driven vacuum cleaner type compressor capable of producing 
  the required pressure of about 15 to 30 mBar. We dropped this prototype and 
  the compressor later was brought to good usage in our <Melauton> 
  robot... Therefore a thirth series of experiments was carried out using tweeter 
  motor driver made for driving an exponential horn. Instead of coupling the driver 
  to an exponential horn, we designed an acoustic impedance converter modeled 
  after a real reed in a human mouth cavity. This piece had to be fabricated on 
  the lathe and is drawn here:  The 12 mm long cylindrical part on the left side of the piece fits inside the 
  outlet of the RCA pressure driver, without touching the titanium dome inside 
  however. The other side fits nicely into the oboe, replacing the reed. With 
  this mechanism, the realism of the produced sound becomes highly dependent on 
  the waveform applied to the driver. Something trapezoidal seems to work best. 
  However, in order to come close to original oboe sound, articulation is very 
  essential: frequency modulation, phase modulation of at least the first two 
  partials above the fundamental as well as some amplitude modulation (envelope 
  shaping).
 
  The 12 mm long cylindrical part on the left side of the piece fits inside the 
  outlet of the RCA pressure driver, without touching the titanium dome inside 
  however. The other side fits nicely into the oboe, replacing the reed. With 
  this mechanism, the realism of the produced sound becomes highly dependent on 
  the waveform applied to the driver. Something trapezoidal seems to work best. 
  However, in order to come close to original oboe sound, articulation is very 
  essential: frequency modulation, phase modulation of at least the first two 
  partials above the fundamental as well as some amplitude modulation (envelope 
  shaping).  More 
  experiments with the exact shape of the acoustic impedance transformer will 
  be performed in the near future. The circuit for driving this motor was derived 
  from the circuits designed earlier for robots such as <Korn>, <Bono> 
  and <Aeio>:
More 
  experiments with the exact shape of the acoustic impedance transformer will 
  be performed in the near future. The circuit for driving this motor was derived 
  from the circuits designed earlier for robots such as <Korn>, <Bono> 
  and <Aeio>: It uses the same PC-board and the same 16-bit PIC microcontroller. The firmware 
  however, is quite different. For coupling of the circuit to the motor driver, 
  we use a classical audio output transformer. The two resistors and the capacitor 
  shown in the circuit diagram form a simple formant filter tuned together with 
  the inductance of the transformer, to the required strongest formant frequency 
  for oboe sound. Some experimentation with capacitor values was required here.
 
  It uses the same PC-board and the same 16-bit PIC microcontroller. The firmware 
  however, is quite different. For coupling of the circuit to the motor driver, 
  we use a classical audio output transformer. The two resistors and the capacitor 
  shown in the circuit diagram form a simple formant filter tuned together with 
  the inductance of the transformer, to the required strongest formant frequency 
  for oboe sound. Some experimentation with capacitor values was required here.
As an extra feature, we suspended the entire automated oboe construction in a cradle. Thus the instrument has freedom to move in different inclinations. The axis of suspension is provided with a dented wheel driven by a chain and a Crouzet DC motor with reduction gears. This way, any inclination can be held and controlled. The movement possibility was added since it mimics a bit the behavior of a human oboist. In the software we use for controlling the automaton, we are implementing rules such that the robot derives its gestural behavior from the music it gets to play. This feature however will be implemented in our GMT language and software environment, rather than in the firmware of the machine itself. The circuit secures that the instrument is not allowed to turn fully around, since that would ruin the robot. Movement is limited to an angle of ca. 90 degrees. In the first version we used mercury switches as sensors for the position, but these suffered a lot from double triggering. For version 2, we first tried using a new design using proximity sensors (Pepperl+Fuchs). Obviously the firmware had to be completely redesigned, but the results with these sensors where still unsatisfactory. Finally we decided to call in an analog tilt sensor by Penny & Giles (Type STT290/60/P2) allowing us the read the position of the instrument at all times using an analog input port on the PIC controller. For the motor control we made use of a Trident 4-quadrant DC motor controller:
 In order to facilitate 
  interactive applications, we provided <Ob>> also with a midi output 
  port from which the position of the oboe in its cradle can be read in at any 
  time.
 In order to facilitate 
  interactive applications, we provided <Ob>> also with a midi output 
  port from which the position of the oboe in its cradle can be read in at any 
  time. 
  Finally, some light effects were added to the design as well. These are also 
  controlled by the midihub board, since this board had still plenty of outputs 
  available.
Only when integrated in the context of our Logos Robot Orchestra with its wealth of varied sensor systems allowing full interactivity, this automate becomes a true robot. That's after all were its destination is to be sought.

Midi channel: fixed to 14 (counting 0-15).
  
  Note Off: Implemented for notes 58 to 96. Starts a short decay (release) on 
  the playing note. The duration of the release is determined by the value of 
  the controller 19. For legato playing, note-off's can even be dropped, since 
  the instrument is monophonic. Note-off with release is not implemented here, 
  so only controller 19 can be used yo this purpose.
Note On: Implemented for notes 58 to 96. Velo-byte is used for the level of the sustained sound portion. To steer the attack force, controller 17 must be used. Note that for this robot, the usual general volume controller (#7) is not implemented. The lights are also mapped on notes, but make use of the 0-5 range, outside the normal range of the oboe. For those lites the velo byte is implemented to make automatic flashing possible. The velocity value determines the speed of the flashing. With value = 127, the lites will be permanent on. With zero value, they will be off.
Key pressure (160 + channel, msb, lsb) is implemented to allow for alternative fingerings. msb contains the solenoid activation bits for the lowest 7 solenoids, lsb the remaining 6 bits/ solenoids on the high side. The mapping follows the wiring details given in the maintenance section at the very bottom of this webpage. The note aftertouch command should be issued immediately after a note on. It than will override the normal fingering. Key pressure commands can be sent during the playing of a note, thus rendering sound timbre effects possible as well as improved fingering for quartertone music. After a note off command, aftertouch will have no other effect than soundless key clicks. In fact, a noteoff will always release the finger-solenoids. Although only implemented for debug purposes, it might be good to know that midi note 0 will always release all valves. As such it is equivalent to sending 174, 0, 0.
| bytes | msb | lsb | ||||||||||||||
| hardware | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 | 
| midi-map | 0 | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | 0 | D0 | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | 
Controller 17 is used to control the maximum sound level during the attack period.
Controller 18 is used to control the duration of the note attack. The interdependencies of these controllers together with the velo byte is shown in the graph below:

Controller 19: Release time. If legato playing is in use (meaning we do not send note-off's) the setting for this controller will be overridden. If you use sequencer software that does not allow you to not send note off's, legato playing can be obtained by setting this controller to values between 105 and 112.
Controller 20: Tuning. The basic tuning of the instrument can be shifted a 
  quartertone upwards. At setting 5 the tuning corresponds to A=440 Hz. (Precision 
  better than 1 cent).
  
  Controller 22: Inclination controller. Value 64: downward vertical, 63-0= move 
  backward, 65-127=move forward. The full traject is ca. 90 degrees. 
Controller 66: Robot on/off switch. On power down (ctrl.66 set to 0) the motor will bring the instrument back to a full verical position
Controller 123: switches the sounding note off, releases all keys, does not affect motor position, dims all the lights.
Pitch bend: The <Ob> robot can be used in any tuning system. Using the Midi Pitch Bend command, any playing note can be raised of lowered by a quartertone. Hence the full range (0-127) corresponds a semitone. The tuning returns to normal with the pitch bend set halfway (64). In the drawing below we give the coding example for a fragment of a quartertone scale:
 Most good sequencer 
  software (such as Cakewalk or Sonar) use the signed 14 bit format. Note that 
  one unit of the msb corresponds exactly to a 0.78 cent interval. To convert 
  fractional midi to the msb only pitchbend to apply follow following procedure: 
  if the fractional part is <= 0.5 then msb= 63 + (FRAC(note) * 128), if the 
  fractional part is larger than 0.5, we should switch on the note + 1 and lower 
  the pitch with msb= (1-FRAC(note)) * 128. Note off should 
  reset the pitch bend for the playing note!
 Most good sequencer 
  software (such as Cakewalk or Sonar) use the signed 14 bit format. Note that 
  one unit of the msb corresponds exactly to a 0.78 cent interval. To convert 
  fractional midi to the msb only pitchbend to apply follow following procedure: 
  if the fractional part is <= 0.5 then msb= 63 + (FRAC(note) * 128), if the 
  fractional part is larger than 0.5, we should switch on the note + 1 and lower 
  the pitch with msb= (1-FRAC(note)) * 128. Note off should 
  reset the pitch bend for the playing note!
Program change: not implemented.
Lights: The lights are mapped on very low midi-notes as follows:
Midi output port: sends the actual position of the oboe as a 7 bit number, using the <Ob> midi channel. The format is that of a note pressure command. The pressure value corresponding to the angle of the instrument: 0= extreme inwards, 64= vertical, 127= extreme frontal. The data is only sent on changes of actual position. The midi output connector is the DIN outlet on the extreme right side of the hub board.
Technical specifications:
Design and construction: dr.Godfried-Willem Raes
Collaborators on the construction of this robot:
Music composed for <Ob>:
 MP3-download
MP3-downloadPictures taken during the construction, maintenance and repair in our workshop:
 
  
 
   
 
 
  
 
   
  
 
   
  
 
   
 
 
   
 
| Back to Main Logos page:index.html | To Godfried-Willem Raes personal home page... | To Instrument catalogue |  | 
<Ob>
Voor deze robot stond ons als doel voor ogen zo getrouw mogelijk 
  de werking van de traditionele hobo te mimeren. Het entoeziasme van mijn medewerkers 
  bij Logos voor zo'n projekt was nogal wisselend: van uitermate negatief en afwijzend 
  tot gematigd hoopvol. De suksesvolle automatisering van zo'n traditioneel geladen 
  instrument leek bij voorbaat tot mislukken gedoemd. We namen de uitdaging niettemin 
  aan en het lag, gezien het uitgangspunt, daarbij dan ook voor de hand te vertrekken 
  van een bestaand instrument in goede staat. Daartoe konden we beschikken over 
  een orkest hobo gebouwd door F.Debert in Brussel, vermoedelijk in de eerste 
  helft van de 20e eeuw. Ooit eens gekocht op de Gentse prondelmarkt. Afgezien 
  van de relatief ingewikkelde en weinig repetitieve mechanika, stelde de bediening 
  van de kleppen op zich geen nieuwe problemen. De krachten nodig voor het bedienen 
  van de vele klepjes zijn immers betrekkelijk klein. Niettemin zagen we af van 
  het automatiseren van elke voorhanden klep op het instrument, omdat vele ervan 
  slechts nodig zijn voor menselijke spelers. Zo zijn de drie hulpkleppen voor 
  de oktaven alleen nodig bij menselijke bespeling om de gewenste toon snel te 
  laten aanspreken. In ons ontwerp is dit evenwel gegarandeerd op grond van de 
  wijze van aansturing zodat we aan een automatisering van deze kleppen gerust 
  konden verzaken. Hetzelfde kan worden gezegd van de trillerkleppen. Waar mogelijk 
  maakten we voorts gebruik van de mogelijke maar door spelers eerder vermeden 
  vorkgrepen. Zo slaagden we erin de gehele applikatuur te automatiseren met niet 
  meer dan 6 elektromagneten voor de open toongaten en 7 elektromagneten voor 
  de bediening van de klepjes. De vereenvoudigde vingerzettingstabel kwam er dan 
  uit te zien alsvolgt: de gele lijntjes geven aan welke kleppen via elektromagneten 
  worden bediend.
Afgezien 
  van de relatief ingewikkelde en weinig repetitieve mechanika, stelde de bediening 
  van de kleppen op zich geen nieuwe problemen. De krachten nodig voor het bedienen 
  van de vele klepjes zijn immers betrekkelijk klein. Niettemin zagen we af van 
  het automatiseren van elke voorhanden klep op het instrument, omdat vele ervan 
  slechts nodig zijn voor menselijke spelers. Zo zijn de drie hulpkleppen voor 
  de oktaven alleen nodig bij menselijke bespeling om de gewenste toon snel te 
  laten aanspreken. In ons ontwerp is dit evenwel gegarandeerd op grond van de 
  wijze van aansturing zodat we aan een automatisering van deze kleppen gerust 
  konden verzaken. Hetzelfde kan worden gezegd van de trillerkleppen. Waar mogelijk 
  maakten we voorts gebruik van de mogelijke maar door spelers eerder vermeden 
  vorkgrepen. Zo slaagden we erin de gehele applikatuur te automatiseren met niet 
  meer dan 6 elektromagneten voor de open toongaten en 7 elektromagneten voor 
  de bediening van de klepjes. De vereenvoudigde vingerzettingstabel kwam er dan 
  uit te zien alsvolgt: de gele lijntjes geven aan welke kleppen via elektromagneten 
  worden bediend.
 Mikrotonaal 
  spel, inklusief kwarttonen zijn mogelijk door toepassing van non-standaard grepentabellen. 
  Alternatieve grepen kunnen trouwens ook worden toegepast om klankkleurvariaties 
  te bewerkstelligen. De hele opbouw van de elektromechanika voor het vingerwerk 
  was uitermate tijdrovend, maar toch niet bijzonder moeilijk. Het vereist wel 
  heel precies las-, tap-, boor-, zaag- en snijwerk.
 Mikrotonaal 
  spel, inklusief kwarttonen zijn mogelijk door toepassing van non-standaard grepentabellen. 
  Alternatieve grepen kunnen trouwens ook worden toegepast om klankkleurvariaties 
  te bewerkstelligen. De hele opbouw van de elektromechanika voor het vingerwerk 
  was uitermate tijdrovend, maar toch niet bijzonder moeilijk. Het vereist wel 
  heel precies las-, tap-, boor-, zaag- en snijwerk.
 De toegepaste 
  standaardvingerzettingen zijn als hexadecimale getallen weergeven in de rechterkolom 
  van de vingerzettingentabel. Dit is de wijze waarop de grepen-opzoektabellen 
  in de mikroprocessor worden geimplementeerd.
 De toegepaste 
  standaardvingerzettingen zijn als hexadecimale getallen weergeven in de rechterkolom 
  van de vingerzettingentabel. Dit is de wijze waarop de grepen-opzoektabellen 
  in de mikroprocessor worden geimplementeerd.
  
  Anders daareentegen met het klankopwekkingsmechanisme: het dubbelriet. Onze 
  eerste experimenten gingen onmiddellijk uit naar de konstruktie van dubbelrieten 
  opgebouwd uit twee plaatjes piezokeramisch materiaal, gekleefd op messing blaadjes. 
  Het grote mechanisch probleem daarbij is dat het piezokeramisch materiaal zich 
  niet laat buigen (het is erg breekbaar) terwijl het riet, wanneer we de opbouw 
  van een traditioneel hobo riet volgen, in elk geval moet worden rondgezet rond 
  het kleine inblaaspijpje dat in het instrument wordt geplaatst in een cilindrische 
  kurken houder. Na ettelijke pogingen slaagden we erin een riet op deze wijze 
  op te bouwen. Aangesloten op onze frekwentiegenerator -beide riethelften parallel 
  geschakeld en dus elektrisch in faze en mechanisch in tegenfaze- bleek het nog 
  te trillen ook! Alleen, de geluidsopbrengst bleek ruimschoots onbevredigend. 
  We haalden hooguit een -voor een normale hobo overigens zo goed als onmogelijk 
  - pianissimo. Bovendien produceerde het riet ook bij bepaalde stuurfrekwenties 
  multiphonics die te wijten waren aan de eigenresonanties van de messingplaatjes. 
  De toon sloeg ook regelmatig over naar het suboktaaf. Opgemerkt moet worden, 
  dat we bij deze experimenten geen wind toevoerden aan het riet, vanuit de ervaring 
  opgedaan met eerdere koperblaasinstrumenten waarbij bleek dat de luchtverplaatsing 
  door het instrument eigenlijk niet wezenlijk is voor de klankproduktie van het 
  instrument. Ook het aanleggen van een sterk verhoogde stuurspanning (de normale 
  toelaatbare maximum spanning wordt in het datasheet opgegeven als 35V) bracht 
  geen soelaas. De dissipatie neemt toe maar niet de geluidsproduktie. 
  Een tweede reeks experimenten voerden we uit onder gebruikmaking van dubbelzijdige 
  piezoschijfjes. De amplitude van de trillingen is een veelvoud van die in het 
  eerste experiment. Dit schijfje werd passend en met een geringe aandrukkracht 
  aangebracht tegen een vlak geslepen dikke plaat messing die centraal werd geperforeerd 
  met een gat van 4.2mm, overeenkomstig de diameter van de hobo bij de inlaat 
  van het rietje. Via een opgesoldeerd buisje (7mm buitenmaat) kan het mechanisme 
  op de plaats van het riet op de hobo worden aangebracht. Voor windtoevoer moet 
  het geheel uiteraard in een potje worden geplaatst met een toevoer voor de lucht 
  en (luchtdicht afgesloten) voor de elektrische aansluiting. Dit mechanisme levert 
  voor bepaalde tonen een vrij goede klank maar blijkt in extreme mate frekwentieafhankelijk 
  te zijn. Ook is het aanspreken van de tonen erg afhankelijk van de aangelegde 
  winddruk. Het geluidsvolume -althans voor de goed aansprekende tonen- is heel 
  wat beter dan in het eerste experiment, maar toch nog te gering in vergelijking 
  met een realistische hobo. 
  Een derde reeks experimenten werd opgezet onder gebruikmaking van een tweeter 
  motor driver van RCA. Als koppelstuk maakten we daarvoor een akoestische impedantietransformator 
  gemodelleerd naar een menselijke mondholte met riet. Dit stuk, vervaardigd uit 
  massief messing, werd gedraaid op de draaibank. Dit is de maatschets:  De linkerkant is passend gedraaid om 12mm in de RCA motor driver te worden aangebracht, 
  zonder de inwendige titanium dome te raken. De rechterkant werd afgedraaid om 
  in de hobo te passen op de plaats van het riet. De betrouwbaarheid van de klankproduktie 
  is nu uiteraard perfekt, maar om de klank echt realistisch te maken blijven 
  heel wat modulatieparameters essentieel.
 
  De linkerkant is passend gedraaid om 12mm in de RCA motor driver te worden aangebracht, 
  zonder de inwendige titanium dome te raken. De rechterkant werd afgedraaid om 
  in de hobo te passen op de plaats van het riet. De betrouwbaarheid van de klankproduktie 
  is nu uiteraard perfekt, maar om de klank echt realistisch te maken blijven 
  heel wat modulatieparameters essentieel.  De 
  golfvorm van de aansturing moet trapezoidaal zijn en frekwentiemodulatie (vibrato) 
  lijkt aangewezen. Bovendien draagt faze-modulatie van de eerste twee partials 
  boven de grondtoon wezenlijk bij tot het realisme van de klank. Ook enige mate 
  van amplitude modulatie (omhullende) blijkt noodzakelijk. Wat dit betreft sluiten 
  de resultaten goed aan bij de bevindingen opgedaan bij de bouw van <Korn>, 
  onze automatische kornet.
De 
  golfvorm van de aansturing moet trapezoidaal zijn en frekwentiemodulatie (vibrato) 
  lijkt aangewezen. Bovendien draagt faze-modulatie van de eerste twee partials 
  boven de grondtoon wezenlijk bij tot het realisme van de klank. Ook enige mate 
  van amplitude modulatie (omhullende) blijkt noodzakelijk. Wat dit betreft sluiten 
  de resultaten goed aan bij de bevindingen opgedaan bij de bouw van <Korn>, 
  onze automatische kornet.
  Een bijzondere eigenschap van <Ob> is dat hij ook kan bewegen. Daartoe 
  monteerden we de gehele draagstruktuur voor de hobo zelf op een 16 mm as voorzien 
  van een tandwiel waarop een ketting loopt. Deze ketting wordt aangedreven door 
  een DC motor met vertragingskast. De tandwielen en de ketting zelf recycleerden 
  we uit een oude fotokopieermachine. De motor dienden we evenwel nieuw te kopen 
  omdat die doorlopend van draairichting moet kunnen wisselen, iets wat met gelijkstroommotoren 
  kan worden bereikt door eenvoudigweg de poling om te wisselen. Hierdoor kan 
  <Ob> niet alleen schommelen, maar ook op eender welke hoekpositie binnen 
  een bereik van ca. 90 graden vastgezet worden. Iets van de beweeglijkheid van 
  de menselijke spelers werd dus ook hier geimplementeerd. Opdat er geen destruktieve 
  ongelukken zouden kunnen gebeuren, werd het schommelmechanisme aanvankelijk 
  uitgerust met vier kwiksensoren die het doordraaien van de motor moeten verhinderen 
  en het bovendien mogelijk maken het instrument zuiver vertikaal te positioneren. 
  Bij een latere upgrade vervingen we deze kwikschakelaars door een Penny&Giles 
  hoeksensor wat een veel betrouwbaarder resultaat opleverde.
  Tot slot bouwden we ook in <Ob> enkele bestuurbare lichteffekten in, gemapt 
  op note on/off midi kommandos.
  De volledige midi-implementatie is opgenomen in de Engelse tekst hierboven. 
  <Ob> luistert uitsluitend naar midi kommandos via kanaal 14.
De elektronische schakeling bestaat uit enkele afzonderlijk funktionele boards:
1. TC/UPD en/of midihub board;
Dit board bestuurt de vizuele komponenten van deze robot: de slingerbeweging en de positie van het instrument evenals de diverse ingebouwde lichteffekten.
 Het schakelschema voor de motor links op de 
  tekening was onze eerste versie. Als beschermingsschakeling werkte die echter 
  al te goed, d.w.z. wanneer een veiligheidsschakelaar werd bekrachtigd, werd 
  de motor stroomloos. Het probleem dan was echter dat hij met geen (elektronische) 
  middelen nog in beweging te krijgen was... Vandaar dat we in de tweede versie 
  opteerden voor een automatische omschakeling van de draairichting. Daarbij werd 
  beroep gedaan op een impulsrelais. Omdat de mikrokontroller nu evenwel geen 
  informatie heeft over de eigenlijke draairichting, voorzagen we in twee analoge 
  outputsignalen die kunnen worden ingelezen. Wanneer beide signalen positief 
  en hoog zijn, is de motor onbekrachtigd. Het ene signaal van beide dat laag 
  is, geeft de draairichting aan. Beide signalen kunnen nooit samen op massanivo 
  zijn, tenzij bij uitval van de motorvoedingsspanning zelf. De kondensator en 
  de diode werden toegevoegd om de stoorspanningen van de motorkollektor en van 
  het PWM signaal uit te filteren. De spanningsdeler staat er borg voor dat de 
  PIC ingangen nooit meer dan 5V te verwerken kunnen krijgen. Hoewel deze schakeling 
  toch bijna twee jaar heeft gewerkt traden er toch geregeld problemen op met 
  de kwikschakelaars die soms dubbele pulsen gaven waardoor het impulsrelais kon 
  gaan oscilleren... Een manuele nood ingreep bleek telkens weer noodzakelijk 
  om verder onheil te voorkomen... De derde en voorlopig definitieve versie (Ob 
  versie 2.0) werd opgebouwd onder gebruikmaking van een Trident 4-kwadrant DC 
  motor-kontroller:  Dat 
  was niet zo eenvoudig als het lijkt omdat alle stuurspanningen bipolair en zwevend 
  moeten zijn voor dit type kontroller, wat de interfacing naar mikrokontrollers 
  erg moeilijk maakt. Eigenaardig genoeg zijn er erg weinig goede 4-kwadrant kontrollers 
  voor kleine gelijkstroommotoren op de markt (die van Maxxon even buiten beschouwing 
  gelaten want die zijn onnoemelijk duur...).
Dat 
  was niet zo eenvoudig als het lijkt omdat alle stuurspanningen bipolair en zwevend 
  moeten zijn voor dit type kontroller, wat de interfacing naar mikrokontrollers 
  erg moeilijk maakt. Eigenaardig genoeg zijn er erg weinig goede 4-kwadrant kontrollers 
  voor kleine gelijkstroommotoren op de markt (die van Maxxon even buiten beschouwing 
  gelaten want die zijn onnoemelijk duur...). 
Het volledige schema van dit mikroprocessor board is weergegeven aan het eind van deze webpagina. Het UDP/IP ethernet board is volop in ontwikkeling. Als extra, werd op dit board ook een midi output voorzien die toelaat de juiste positie van de hobo in te lezen. De meest rechtste DIN konnektor op het hub board wordt hiervoor gebruikt en kan dus niet als midi-thru worden ingezet.
2. Kleppenbesturingsboard
De PIC op dit board, een 18F2525, staat in voor het juist toepassen van de vingerzettingstabel op de gevraagde te spelen tonen. Het PC board is hetzelfde als wat we ontwikkelden voor heel wat slagwerk robots zoals <Dripper>, <Casta>, Troms>, <Psch>, <Snar> e.a. De zestien beschikbare mosfet driver uitgangen volstaan voor het aktioneren van alle nodige kleppen: dertien. De firmware is uiteraard totaal verschillend. De Midi input (in TTL formaat) wordt toegevoerd vanuit het midi-hub board. De op de print voorziene 74HCT14 chip is niet gemonteerd. Details van het schakelschema zijn te vinden onderaan deze web-pagina.
3. Rietbesturingboard:
 Hiervoor 
  konden we hetzelfde printontwerp gebruiken dat we eerder ontwikkelden voor <Aeio> 
  en dat gesteund was op prototypes ontwikkeld en gebouwd voor robots zoals <Korn>, 
  <Hurdy>, <Autosax> en <Bono>. Ook hier werd eenzelfde PIC 
  mikrokontroller toegepast: de Microchip dsPIC30F3010.
 Hiervoor 
  konden we hetzelfde printontwerp gebruiken dat we eerder ontwikkelden voor <Aeio> 
  en dat gesteund was op prototypes ontwikkeld en gebouwd voor robots zoals <Korn>, 
  <Hurdy>, <Autosax> en <Bono>. Ook hier werd eenzelfde PIC 
  mikrokontroller toegepast: de Microchip dsPIC30F3010. 
Pas wanneer deze automaat wordt geaktiveerd in de kontekst van het M&M orkest, waarbinnen hij vanuit een veelheid aan diverse sensoren en via doelspecifieke software kan worden aangestuurd, wordt hij een heuse robot. Daarin ligt ook zijn bestemming.
Construction & Research Diary:
 The picture shows the sensor assembly. The two mercury switches above are 
    for the vertical position sensing, the ones below for excursion limit determination. 
    The four LED's are just a visual extra feature. The sensor assembly is mounted 
    on the oboe carrier profile with a single M4 bolt. The hole in the carrier 
    is threaded. A 10 mm stand off should be used. Once ready and the exact positions 
    of the mercury switches are determined, they should be fixed in place with 
    some dots of MS-polymer or hot glue.
 
    The picture shows the sensor assembly. The two mercury switches above are 
    for the vertical position sensing, the ones below for excursion limit determination. 
    The four LED's are just a visual extra feature. The sensor assembly is mounted 
    on the oboe carrier profile with a single M4 bolt. The hole in the carrier 
    is threaded. A 10 mm stand off should be used. Once ready and the exact positions 
    of the mercury switches are determined, they should be fixed in place with 
    some dots of MS-polymer or hot glue. This 
    circuit generates a floating bipolar voltage between the X17-2 and X17-3 terminals. 
    The 410 Ohm resistors are in fact each two 820 Ohm resistors connected in 
    parallel.
 This 
    circuit generates a floating bipolar voltage between the X17-2 and X17-3 terminals. 
    The 410 Ohm resistors are in fact each two 820 Ohm resistors connected in 
    parallel.  We 
    are now at firmware version 2.7 for PIC1 on the midihub board. White LED spotlite 
    added, mapped on note 4. Now, waiting for user feedback and comment...
We 
    are now at firmware version 2.7 for PIC1 on the midihub board. White LED spotlite 
    added, mapped on note 4. Now, waiting for user feedback and comment...| (Terug) naar logos-projekten: | Terug naar Logos' index-pagina: | Naar Godfried-Willem Raes personal homepage... | Naar katalogus instrumenten |  | M&M orkest | 
Last update: 2023-10-08 by Godfried-Willem Raes
The following information is not intended for the general public nor for composers wanting to make use of our <Ob> robot, but is essential for maintenance and servicing of the robot by our collaborators. 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:

Wiring & circuit details midihub board:
 
  
 
   
 


Circuit details solenoid driver board:


dsPIC board - compressor driver:

Wiring for the dsPIC-board:  This is the same board as also used for <Aeio>, <Hurdy> and <Bono>.
 
  This is the same board as also used for <Aeio>, <Hurdy> and <Bono>.
Motor Specs:
Crouzet 80807001, 24 V, rap. :125, motor 3000 rpm. Geared 21 rpm. Farnell order nr. 308-9514. Current consumption without load @ 24 V: 300 mA. Lowest voltage required for rotation: 2.6 V. Price (01.10.2008: 217.90 Euro).
Toggle relay: ESDI type nr. NF-8250, 12V coil, contacts 16A 250V ac. Purchased at RadioHome Electronics, Ghent. [ removed 18.10.2010]Tilt sensor : Penny & Giles (STT280.60.P2) Data sheet. (PDF) [cost: ca. 250 Euro]
Mechanical construction drawings and welding plan:


RCA-driver:
Tweeter horn driver TW15W 8 Ohm. Cross over frequency by design: 800Hz. Peak allowable voltage: 10.9V, to be derated with 12dB/octave for the frequencies below 800Hz. Price in 1982: 2.360 Bef. (ca. 60€)
Yellow LED strips: LM-FB26Y-12, Farnell order code: 122-8819
  Oboe details:
Builder: F.Debert, Bruxelles. Model C60. We have no indication as to the year of construction, but since the tuning conforms to A=440, we suspect it was made not much before 1939.
Download high resolution pictures of this robot:
Download high resolution robody pictures of this robot:
References:
Bartolozzi, Bruno, 'New Sounds for Woodwind' , Oxford University Press, London 1982 (1967), ISBN 019 318611-x
Benade, Arthur H., "Fundamentals of musical acoustics", 
  Dover Publications Inc., New York 1990 (1976). ISBN 0-486-26484-x
  
Goossens, Leon & Roxburg, Edwin "Hobo", ed.A.J.G.Strengholt's Boeken, Naarden, 1977 (1980), ISBN 90 6010 504-4 (This book contains the fingering tables for the oboe).
Raes, Godfried-Willem, "Expression control in musical automates", 1977/2023,
Smith, Bob H., "An Investigation of the Air Chamber of Horn Type Loudspeakers", in: The Journal of the Acoustical Society of America 25, 305-312 (1953); https://doi.org/10.1121/1.1907038
Weijers, Rembert, "Rieten ontwerpen en maken", Muziekuitgeverij van Teeseling, Nijmegen, 1978.