스마트 펫 푸드 캐터펄트 – 간식, 공, 장난감을 자동으로 발사하는 반려동물 놀이 기구

부품 및 소모품

부품	수량	비고
아두이노 UNO	1	어떤 아두이노든 가능
서보 모듈 (범용)	3	180도 서보 2개, 연속 회전 서보 1개
OpenBuilds 마이크로 리미트 스위치	1	캐터펄트 암 위치 감지
저항 10kΩ	1	리미트 스위치 풀업용
AA 배터리	10	서보 구동용 전원
슬라이드 스위치	2	전원 제어용
브레드보드	1	테스트용

앱 및 온라인 서비스

• 아두이노 IDE

프로젝트 소개

안녕하세요, 제 첫 프로젝트에 오신 것을 환영합니다!

우리 강아지는 음식을 정말 좋아해서 순식간에 다 먹어치웁니다. 식사 속도를 늦추려고 공에 음식을 넣거나 마당에 뿌려보기도 했지만, 이제는 진공청소기처럼 순식간에 찾아 먹습니다. 그래서 다시 구상 끝에 이 장치를 만들었습니다. 강아지가 천천히 음식을 즐기도록 돕는 장치입니다 :)

컨셉

아래 두 영상을 몇 초만 봐주세요. 많은 걸 설명해 줍니다.

글로 설명하면: 로테이터 서보가 회전하며 캐터펄트 암을 아래로 당깁니다. 리미트 스위치에 닿을 때까지 당긴 뒤, 트리거 서보가 홀드 위치로 이동해 암을 고정합니다. 로테이터 서보가 원위치로 돌아가면 다음 발사 준비가 완료됩니다.

푸드 딜리버리 서보가 파이프를 회전시켜 캐터펄트 암의 컨테이너에 간식(또는 다른 물건)을 공급합니다. 트리거 서보가 회전하면 스프링이 암을 당겨 간식을 발사합니다.

테스트 결과 이 설정으로 강아지 사료 비스킷을 10미터 이상 날릴 수 있었습니다(굴러가는 거리 포함). 서보 조정과 스프링 교체로 거리를 조절할 수 있습니다.

전자 회로

간결하게 설명하겠습니다. 이 캐터펄트는 100가지 방식으로 만들 수 있고, 크기와 재료도 자유롭게 선택할 수 있습니다. 전자부품과 서보 외에는 손에 있는 재료나 예산에 맞춰 만드세요.

전자 회로 제작 과정을 단계별로 설명하지는 않겠습니다. 이미 훌륭한 프로젝트들이 많고, 제가 초보라 실수했을 수도 있으니 전문가에게 배우는 게 낫습니다 ;)

필요 재료

• 아두이노 우노 R3 (어떤 아두이노든 가능)
• 180도 서보 2개
• 연속 회전 서보 1개
• 리미트 스위치
• 10kΩ 저항
• AA 배터리 4개 및 케이스
• 6V 랜턴 배터리 1개 (나중에 AA 충전지 5개 직렬로 교체 예정)
• 스위치 2개 (어떤 종류든 가능)
• 연결 케이블 다수
• 브레드보드 (테스트용)

영구 제작 시 추가 재료

• 퍼프 보드
• 2핀 커넥터 2개 (선택사항, 배터리 케이스를 하드와이어링해도 됨)

서보 사양

이베이에서 저렴한 Lofty Ambition S3003 180도 서보를 구매했습니다. 최소 이 정도 토크는 필요합니다. 더 약한 서보는 부하를 견디지 못합니다. 비싼 제품일 필요는 없습니다. 연속 회전 서보는 FS5106R을 사용했습니다. 모델은 중요하지 않으나 최소 이 사양은 필요합니다.

캐터펄트를 더 강하게/크게 만든다면 서보도 그에 맞춰 더 큰 것을 사용하세요.

구조물

구조물은 완전히 자유입니다. 플라스틱, 나무, 금속 무엇이든 가능하며 크기도 마음대로입니다. 더 많은 간식을 발사하고 싶으면 더 크게, 작게 만드세요. 따라서 제 구조물 제작 과정을 상세히 설명하지는 않겠습니다. 질문에는 기꺼이 답변드리겠습니다.

저는 재활용/업사이클링을 좋아합니다. 창고에 있던 재료를 많이 썼습니다. 메인 구조물은 25mm 사각 알루미늄 튜브와 '커넥트잇' 플라스틱 커넥터로 만들었습니다. 모터 브라켓은 25mm 폭 3mm 알루미늄 판으로 만들었습니다.

푸드 딜리버리 컨셉은 이 프로젝트에서 가져왔습니다: IoT 펫 피더 - circuito.io 팀에게 감사드립니다!

홀더는 철물점 40mm PVC 파이프로 만들었습니다. 실제 암은 두 개의 45도 엘보를 연결하고 핫글루로 큰 파이프에 고정했습니다. 큰 PVC 튜브에도 45도 엘보를 추가해 간식 투입을 쉽게 했습니다. 모두 분해 가능하게 만들어 수정하기 편합니다.

푸드 딜리버리 암의 나머지 부분은 서보 부담을 줄이도록 베어링을 사용해 부드럽게 회전하게 설계했습니다. 더 좋은 방법이 있겠지만(공구가 있다면), 제 능력껏 만들었습니다. 브라켓을 만들고 금속 막대를 자르고 '니드잇'이라는 제품으로 막대를 브라켓과 베어링에 고정했습니다. 영상에서 보듯 PVC 파이프가 베어링 위에서 부드럽게 돌며 무게(필요 토크)의 상당 부분을 베어링이 분담합니다.

캐터펄트 암은 2달러짜리 저렴한 테니스 볼 던지기 장난감입니다.

발사력은 창고에서 찾은 오래된 스프링에서 나옵니다(녹슨 게 보입니다). 스프링의 크기, 종류, 강도가 캐터펄트 성능을 좌우합니다. 서보 힘, 스프링 강도, 암의 유연성 사이의 균형을 맞춰야 하는데 이게 꽤 까다롭습니다. 저는 암에 약간의 움직임이 남게 설계해 발사 위치에 예측 불가능성을 더했습니다. 암 끝의 컨테이너도 여기에 한몫합니다. 강아지가 간식을 찾는 재미가 더해집니다.

캐터펄트 암은 낚싯줄로 당깁니다. 작은 금속 고리 → 리미트 스위치가 달린 플랫폼 아래 → 구조물 길이 방향 → 또 다른 금속 고리(줄 꼬임 방지) → 로테이터의 스핀들(연속 서보에 부착된 플라스틱 실린더)로 연결됩니다. 또한 얇고 약한 고무줄을 낚싯줄과 트리거 브라켓 사이에 연결해 로테이터가 풀릴 때 줄이 엉키지 않게 했습니다.

배터리와 전자부품 인클로저는 '터널 코어' 이중벽 유틸리티 보드로 간단히 만들었습니다.

구조물은 매우 견고하면서도 가볍습니다. 가장 무거운 부분은 랜턴 배터리인데, 곧 AA 충전지로 교체할 예정입니다.

배운 점 및 향후 개선 사항

마스터가 아닌 분야를 하다 보면 배우는 게 많습니다. 이 프로젝트도... 다 적으려면 지루할 정도니까 생략하겠습니다 ;)

가장 큰 문제는 간식 막힘입니다. 푸드 딜리버리 암을 다른 프로젝트에서 가져왔는데, 출처를 못 찾겠네요. 간헐적으로 비스킷이 안 나오는데, 이건 강아지에게 예측 불가능성을 줘서 좋은 면도 있습니다. 전반적으로는 잘 작동합니다.

구조물을 알루미늄으로 만든 건 우리 강아지가 거칠게 다뤄서입니다. 지금까지 잘 버티고 있습니다.

캐터펄트 암을 더 멋지게 개선할 예정입니다. 주요 부품은 분해 가능하게 만들어 접근성을 확보했습니다(푸드 딜리버리, 전자부품 인클로저 등).

전반적으로 매우 재미있는 프로젝트였고 우리 강아지도 좋아합니다! 어떤 질문이든 환영합니다.

해크스터와 이 글을 읽어주신 여러분께 감사드립니다.

코드

자동 캐터펄트 - 아두이노 코드 (Arduino)

/* 
 * Automatic pet food flinger by Nathan King June 2018 
 */
#include <Servo.h>

int FoodDeliveryReleasePosition = 115;
int FoodDeliveryHoldPosition = 0;
int TriggerReleasePosition = 90;
int TriggerHoldPosition = 0;
int limit_switch = 3;
int switch_state = 0;

Servo fooddelivery; // 푸드 딜리버리 서보
Servo trigger;      // 트리거 서보
Servo rotater;      // 로테이터 서보

void setup() {
  rotater.attach(2);
  trigger.attach(4);
  fooddelivery.attach(5);
  pinMode(limit_switch, INPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  rotater.write(89); // 로테이터 정지 (좋은 서보면 불필요)
  delay(500);
  
  // 시작 위치
  fooddelivery.write(FoodDeliveryHoldPosition);
  delay(1000);
  trigger.write(TriggerHoldPosition);
  delay(1000);
  trigger.write(TriggerReleasePosition);
  delay(1000);
  
  // 리미트 스위치 루프로 로테이터 정지
  switch_state = digitalRead(limit_switch);
  Serial.println(switch_state);
  while (switch_state == HIGH) {
    switch_state = digitalRead(limit_switch);
    Serial.println("Switch is off");
    rotater.write(75); // 시계방향 회전
  }
  Serial.println("Switch is on");
  rotater.write(89); // 로테이터 정지
  
  // 캐터펄트 암을 트리거에 고정하고 로테이터 원위치
  trigger.write(TriggerHoldPosition);
  delay(1000);
  rotater.write(110);
  delay(4500);
  rotater.write(89);
  delay(2000);
  
  // 캐터펄트에 간식 공급
  fooddelivery.write(FoodDeliveryReleasePosition);
  delay(500);
  fooddelivery.write(FoodDeliveryReleasePosition);
  delay(1000); // 간식 낙하 대기
  fooddelivery.write(FoodDeliveryHoldPosition);
  delay(150);
  
  // 간식 공급과 발사 사이 딜레이
  rotater.write(89);
  delay(1000);
  
  // 발사!!
  trigger.write(TriggerReleasePosition);
  delay(3000); // 강아지가 간식 찾을 시간 - 이 값으로 발사 간격 조절
}

회로도