완전 자동화 3D 프린팅 브러시리스 너프 블라스터 - 아두이노 구동

부품 및 소모품

부품	수량	비고
아두이노 나노 에브리 (Arduino Nano Every)	1	너프건 내부에 들어갈 만큼 컴팩트하면서 필요한 기능 모두 보유
리니어 솔레노이드 12VDC	1	스트로크 길이 35mm, 12V 정격 제품 필수
브러시리스 DC 모터 (아웃러너 타입)	2	너프 플라이휠 케이지에 최적. 12V(3S 리포) 대응 필수
브러시리스 ESC (전자 변속기)	2	모터 전류보다 20% 이상 여유 있는 것. 3S 리포 대응. 모터당 1개씩
리포 배터리 3S 11.1-12.6V 1300mAh 25C	1	전체 전류 소모량 + 20% 안전 마진 감당 가능한 방전율 필요. 1300mAh 이상 권장
마이크로 스위치 (미니어처)	2	일반적인 마이크로 스위치. 고전류용 불필요
파워 MOSFET N-채널 (로직 레벨)	1	N채널 >20V >15A (게이트 5V에서 드레인-소스). 로직 레벨 필수!
저항 10k옴	1	R3: MOSFET 게이트 플로팅 방지 풀다운
저항 4.7k옴 (스루홀)	1	R1: MS2 마이크로 스위치 풀업
저항 150옴 (스루홀)	1	LED용 (설정에 따라 값 달라짐)
저항 220옴	1	R2: MOSFET 게이트 전류 제한 (선택 사항, 미테스트)
1N4007 다이오드	2	D2: 솔레노이드 역기전력으로부터 MOSFET 보호. D1: 아두이노 전원 입력 역전압 보호
커패시터 100µF	1	C1: 아두이노 전원 입력 전압 강하 방지. 극성 주의 - 잘못 연결하면 펑!
커패시터 100nF	1	C2: 아두이노 전원 입력 노이즈/간섭 필터

필수 도구 및 장비

• 3D 프린터 (일반) - 본 프로젝트는 Evnovo(Artillery) X1 (300x300x400mm) 사용

프로젝트 소개

저는 만들고 창조하는 것을 항상 즐겨왔기에, 영화와 비디오 게임 속 물체를 소품과 복제품으로 제작해 왔습니다. 가상의 물체를 현실로 구현하고, 비슷한 관심사를 가진 사람들과 기술을 공유해 왔습니다.

최신작이자 최대 프로젝트는 곧 출시될 비디오 게임 사이버펑크 2077(Cyberpunk 2077)에 등장하는 스마트 건 '강 타오(Kang Tao)'입니다. 이렇게 복잡한 물체를 만들기 위해 3D 프린터로 미학과 부품 기계적 결합을 구현했습니다.

단순한 정적 물체로는 성에 안 차 도전을 원했습니다. 그래서 기능하는 너프 블라스터로 설계했습니다.

이 기능을 구현하려면 솔레노이드와 브러시리스 모터용 ESC를 제어해야 합니다. 릴레이와 시간 지연 방식은 너무 번거로워 아두이노가 더 실용적인 솔루션이었습니다.

이 문서는 아두이노와 전기 회로 측면에 초점을 맞춥니다 (아두이노 사이트이므로). 아두이노 부분은 꽤 단순해서 '쉬움'으로 표시했습니다. 하지만 기계 설계와 3D 프린팅은 고급 수준입니다. 너프 블라스터용 브러시리스 ESC, 브러시리스 모터, 솔레노이드를 아두이노로 제어하고 싶다면 이 가이드가 도움이 될 것입니다!

CAD 설계, 3D 프린팅 등은 다음 링크에서 설명합니다:

• NerfHaven 포럼
• Reddit 게시글
• 비디오 빌드 튜토리얼: 유튜브 채널

회로도(회로도 섹션 참조)는 모든 연결을 보여줍니다. 아두이노 나노를 크기 때문에 사용했지만, 우노 등 다른 보드도 작동합니다.

아래 용어(MS1, C2 등)는 회로도를 참조하세요.

코드 섹션에서 코드 작동 원리를 설명합니다.

플라이휠 & 솔레노이드 트리거 시스템

코드 작동 방식:

• MS2 (보조 마이크로 스위치 트리거)를 누르고 있으면 브러시리스 모터가 스핀업(회전 시작)합니다.
• MS1 (주 마이크로 스위치 트리거)을 누르거나 홀드하면 MOSFET 게이트에 신호가 가서 솔레노이드(S)가 반복 작동합니다. 솔레노이드가 너프 다트를 탄창에서 밀어내 플라이휠(M1 & M2)로 보내면, 플라이휠이 다트를 가속시켜 총신 밖으로 발사합니다.
• 단, MS1은 MS2가 눌려 있는 동안에만 작동합니다. 이는 다트가 회전하지 않는 플라이휠에 밀려들어가 걸리는 잼 현상을 방지합니다. 코드에서 && 연산자로 구현되어 있습니다.

브러시리스 모터와 솔레노이드에 공급되는 전력은 마이크로 스위치를 통과하지 않습니다. 따라서 고전류 정격 마이크로 스위치가 필요 없습니다.

브러시리스 모터

인러너(Inrunner)와 아웃러너(Outrunner) 타입이 있습니다. 아웃러너를 사용해야 합니다. 형태가 납작해 너프 블라스터 옆으로 못생긴 캔이 튀어나오지 않기 때문입니다. 아웃러너는 외부 캔 일부가 축과 함께 회전하므로 플라이휠을 3D 프린팅해 모터 위에 끼우기 쉽습니다.

• 후면 마운트 홀이 있는 모터 선택
• 전압: 최소 12.6V (3S 리포) 대응
• 전류: ESC 정격 전류 초과하지 않아야 함
• 출력: 60W 이상 권장. 본 프로젝트는 12.6V × 실측 7A = 약 80W 각 모터
• RPM: 약 25k RPM 권장. kV × 전압으로 결정. 본 프로젝트: 2600kV × 12.6V ≈ 32,760 RPM. 절반 스로틀로만 구동해도 다트 비행 거리 25m/82ft 달성!

브러시리스 ESC

• 브러시리스 모터 전력을 제어합니다. 브러시드 ESC와 호환 안 됨 - 반드시 브러시리스 ESC 사용
• 모터당 ESC 1개 필수. 모터 2개를 ESC 1개에 연결하면 백 EMF로 타이밍이 꼬여 ESC/모터 손상
• ESC 전류 정격 > 모터 전류. 본 프로젝트 모터 실측 7A → 20A 이상 ESC 권장
• 전압 정격 ≥ 12.6V (3S 리포)
• 내장 BEC 필요 없음. 'OPTO' ESC 사용 가능. BEC 내장 ESC라면 그라운드와 신호선만 아두이노에 연결 (회로도 참조). ESC 5V 빨간선은 아무데도 연결하지 마세요. (특별한 목적과 지식이 있는 경우 제외)

배터리

• 단일 배터리로 모든 것 구동. XT60 커넥터 추천
• 전압: 12.6V 3S 리포 배터리
• 용량: 최소 1300mAh 권장
• 방전율: 전체 부하 전류 감당 가능해야 함. 본 프로젝트 부하 약 25A
• 최대 방전 전류 = 방전율(C) × 용량(Ah). 예: 25C × 1.3Ah = 32A. 배터리 스펙에서 확인 가능

MOSFET

12V/8A 솔레노이드를 아두이노에서 직접 구동하면 마법의 연기(아두이노 사망)가 납니다. 해결책? MOSFET.

• 파워 MOSFET는 솔레노이드의 온/오프 스위치 역할. 솔레노이드에 흐르는 그라운드를 차단/연결하는 N-채널 MOSFET 방식.
• 아두이노 출력 핀(D4)에서 5V 신호가 게이트 핀으로 들어가 MOSFET 온/오프 제어. 게이트가 5V에서 완전히 켜지려면 로직 레벨 MOSFET이어야 함.
• 솔레노이드 정격 전류 8A → MOSFET 최대 전류 정격보다 높아야 함. 본 프로젝트: 30A 정격 MOSFET 사용.
• MOSFET 전압 12.6V → 60V 정격으로 충분한 여유.
• MOSFET 온도 35°C 미만. 30A 정격에 8A만 흐르고, 솔레노이드가 순간적으로만 켜지기 때문. 방열판 불필요.

솔레노이드

• 다트를 플라이휠로 밀어넣는 역할. 12V 정격, 35mm 스트로크 길이 필수. 더 짧으면 풀사이즈 다트를 충분히 밀지 못함.
• 스프링을 0.9mm 직경 와이어, 14mm 외경, 40mm 길이로 업그레이드하면 잼 방지 효과적.
• 순간 작동이라 약 40°C로 미지근해져 냉각 불필요.
• 이베이, 알리익스프레스 등에서 저렴하게 구매 가능.

안전 스위치

SW 안전 스위치는 2위치 슬라이드 스위치. 3접점이지만 2개만 사용. 안전 온 시 아두이노 전원 차단으로 플라이휠 & 솔레노이드 작동 방지.

보호 회로

전자 부품 손상 방지!

• C1 33µF (100µF 권장) & C2 100nF (0.1µF): 아두이노 전원 입력 전압 변동 감소. 주의: C1은 극성 민감, 줄무늬 쪽이 음극, 잘못 연결하면 펑!
• D1: 아두이노 VIN 역전압 방지. 극성 주의.
• D2: 플라이백/프리휠링 다이오드. 솔레노이드(또는 다른 인덕터)의 역기전력으로부터 MOSFET 보호. 극성 주의.
• R1 & R2 4.7kΩ: MS1 & MS2 풀업 저항. 마이크로 스위치 플로팅 전압 방지.
• R3 10kΩ: MOSFET 게이트 플로팅 방지 풀다운 저항.
• R4 150kΩ: 선택 사항 LED용. 본 프로젝트는 2개 직렬 2.4V/50mA LED 사용. 설정 따라 저항값 달라짐. 이 LED들은 솔레노이드와 동기화되어 점멸하며 머즐 플래시 연출!

영상 설명 및 테스트 발사 영상 참고!

파일 다운로드 (직접 프린트 가능)

업데이트: Thingiverse 파일 링크입니다. 즐거운 제작 되세요!

https://www.thingiverse.com/thing:3984125

코드

너프 블라스터 브러시리스 모터 & 솔레노이드 아두이노 코드 - Clark3DPR

const int buttonPinF = 2; // 플라이휠 스핀업 마이크로스위치 핀
const int buttonPinS = 5; // 솔레노이드 마이크로스위치 핀
int buttonStateF = 0;     // 플라이휠 스위치 상태
int buttonStateS = 0;     // 솔레노이드 스위치 상태
int solenoidPin = 4;      // 솔레노이드 MOSFET 게이트 핀

#include <Servo.h>
Servo throttle;
int pos = 0;
int pin = 3; // ESC 신호 핀

void setup() {
  pinMode(buttonPinF, INPUT);
  pinMode(buttonPinS, INPUT);
  throttle.attach(pin);
  pinMode(solenoidPin, OUTPUT);
  
  // ESC 아밍(Arming) 시퀀스
  for (pos = 90; pos <= 91; pos += 1) {
    throttle.write(pos);
    delay(3700); // ESC 아밍/안전 모드 해제 대기
    // 본인 ESC에 따라 최대 10000(10초)까지 늘려야 할 수 있음
  }
}

void loop() {
  buttonStateF = digitalRead(buttonPinF);
  
  if (buttonStateF == HIGH) {
    // 플라이휠 스위치 눌림: 모터 아이들 속도
    throttle.write(92); // 92 미만 = 모터 끔 / 92 = 아이들 속도
  } else {
    // 플라이휠 스위치 떼짐: 모터 최대 속도
    throttle.write(97); // 92 = 아이들 / ~115 = 최대 속도 (모터/ESC 의존)
  }
  
  buttonStateS = digitalRead(buttonPinS);
  
  // MS2(플라이휠) 누르고 있으면서 MS1(솔레노이드)도 눌림: 발사
  if (buttonStateF == LOW && buttonStateS == LOW) {
    digitalWrite(solenoidPin, HIGH); // 솔레노이드 ON
    delay(90);                       // ON 지속 시간
    digitalWrite(solenoidPin, LOW);  // 솔레노이드 OFF
    delay(100);                      // OFF 지속 시간 (연사 속도 조절)
  } else {
    digitalWrite(solenoidPin, LOW); // 솔레노이드 OFF
  }
}

코드 설명:

1. 아두이노가 안전 스위스로 전원 켜지면 브러시리스 ESC 아밍 시퀀스 실행. 본 프로젝트 ESC는 3.7초(코드상 3700) 소요. 본인 ESC에 따라 최대 10000(10초)까지 증가 필요.
2. 보조 마이크로스위치(MS2) 홀드로 플라이휠 스핀업, 주 마이크로스위치(MS1) 누름/홀드로 발사.
3. throttle.write(92)로 모터 아이들 속도 조절/끄기. 기본적으로 스핀업 시간 단축 위해 저속 회전. (값은 모터/ESC 의존)
4. throttle.write(97)로 모터 최고 속도 및 다트 발사 속도 조절. (값은 모터/ESC 의존)
5. delay(90)와 delay(100)로 솔레노이드 연사 속도 조절.
6. 마이크로스위치 떼면 ESC PWM 신호와 MOSFET 게이트 신호 중단.
7. 안전 스위치로 아두이노 전원 차단 시 ESC가 아두이노 신호 잃고 안전 모드로 진입, 모터 정지.

회로도

모든 배선 연결도. 다이오드와 커패시터 극성에 각별히 주의하세요. AutoCAD로 작성.