История проекта

   Как-то в один сентябрьский день 2016 года мы услышали от наших знакомых грустную новость о смерти их любимого питомца - молодого породистого британского кота. Мы знали эту мощную зверюгу и сопереживали. Со слов ветеринара, причиной - было ожирение сердца животного. И действительно, любимца сытно кормили, он был стерилизован, а вот двигаться он не любил: это было выше его достоинства.
   Нас задела эта история - мы начали изучать эту тему. Многие знают, что для подобных животных создают специальные корма, со сниженной калорийностью. Но, согласитесь, малоподвижный человек который ест низкокалорийную пищу, и активный человек, который регулярно физически тренируется и правильно питается, выглядят по-разному и имеют сильные отличия в общем здоровье организма. Почему бы эту идею не распространить и на животных, если это работает с человеком? Конечно, эта мысль пришла в голову многим изобретателям до нас, и на рынке, особенно в последнее время, появилось много различных устройств, призванных побудить кошку к физической активности: электрические мышки, различные игрушки, автоматические лазерные указки, и даже "беличьи колеса" для кошек. Все это работает и радует кошку... какое-то время. Потом животное привыкает к игрушке и магия заканчивается. Есть еще проблемы: лазерные указки - опасны для огромных глаз кошки, "беличьи колеса" - требуют присутствия хозяина. И во всех случаях, невозможно провести системную серию тренировок: ведь, известно, что для улучшения физической формы нужно плавно увеличивать нагрузку от тренировки к тренировке. А значит, есть еще одна проблема: нужно как-то измерять физическую активность непоседливой своевольной кошки. Мы тогда задумались, что же является для домашней кошки самым главным приоритетом? Ну, конечно, - потребность в еде. И тогда мы решили сделать первый в мире полностью автоматический тренажер для кошек, основанный на самом надежном принципе – потребности животного в пище.
Сама суть тренировки заключается в том, что мы разносим две кормушки на некоторое расстояния (мы также можем поставить их на некоторую высоту), после чего в одну из них мы насыпаем немного корма(2-3 гранулы, чем меньше – тем лучше). Устройство подзывает кота с помощью вибромотора, и затем ждет, когда кот съест выданную порцию, контролирует этот процесс встроенными точными электронными весами. Затем данное действие выполняет другая кормушка. Очень важный момент: следующая кормушка не будет задействована, пока кошка полностью не съела корм на предыдущей - кормушки связаны в единую информационную сеть. Так продолжается до тех пор, пока не будет выдана вся порция корма, выделенная хозяином на тренировку. В конце тренировки с помощью приложения можно узнать, сколько кот пробежал (произведение количества пробежек/прыжков на расстояние между кормушками) и на какую высоту суммарно он запрыгнул. Приложение в течение недели ведет статистику в виде гистограмм, что позволяет увидеть прогресс тренировок питомца.
   При первом запуске оба устройства поднимают по точке доступа, на которых запускают по web-серверу. На нем пользователь вводит настройки его Wi-Fi сети и mqtt-брокера(есть платные и бесплатные облачные сервисы, на которые пользователь должен предварительно зарегистрироваться). Автоматизированные кормушки записывают всю информацию в энергонезависимую память, затем происходит программная перезагрузка. После которой они, используя эту информацию, пытаются подключиться по этим настройкам к домашней сети WiFi и mqtt-брокеру, если им это НЕ удается, то цикл повторяется вновь, иначе – каждая из них переходит в основной режим работы, выполняя свою роль: ведущая и ведомая. Обе кормушки могут выдавать по одной дозе корма и контролировать её поедание, однако ведомая передает всю информацию ведущей, когда ведущая ведет не только суммарный подсчет выданного корма, но и по окончанию тренировочной сессии передает все накопленные данные пульту управления на базе Android-приложения. Кроме того ведущая автоматизированная кормушка может начинать тренировку как по команде с Android-приложения, так и самостоятельно, по таймерам, при помощи встроенных в ведущую кормушку энергонезависимых, настраиваемых из Android-приложения, часов реального времени.
   Для того что бы проверить будет ли кот бегать, было решено создать первые версии прототипов. В качестве бункеров для запаса корма - конусы пластиковых бутылок, шнеком работает выгнутый термо-феном шток от одноразового шприца. Фигуристая форма шнека - эксперимент по улучшению перемешивания в зоне выдачи: мощность мотора мала и нужно, чтобы шнек не клинило. Лоток для корма собран из частей пластиковых стаканов. Сами платы кормушек выполнены пайкой навесного монтажа на макетной плате между разъемами, куда втыкаются готовые блоки компонентов. Блочная схема себя оправдала: многие блоки взаимозаменяемы и отладка прошла легко. Эту блочную идею мы перенесли уже и во второй прототип, но там уже блоки втыкались в разъемы, которые были припаяны к уже разведенной нами плате - мы избавились от ненадежного навесного монтажа. Итак, вот фото первого прототипа и его элементов ниже:
Responsive image

Общий вид

Responsive image

бункер для корма

Responsive image

плата ведущей

Responsive image

миска и плата

Responsive image

плата ведомой

   После его создания мы сняли видео с его испытанием, где показано, что мы выбрали правильную идею реализации. Более того, это видео было загружено на наш ютуб канал. Обратите внимание, что на видео нет перерывов в съемке процесса - обе кормушки видны на кадре одновременно. Были, конечно и недостатки: лотки из которых кот ест оказались маловаты в диаметре - не для каждого кота, конструкция была шаткая и легкая и кот норовил ее перевернуть - ему хотелось "читернуть" и получить весь корм из бункера сразу :) Но, самое главное для нас было то, что ИДЕЯ РАБОТАЛА!
   С этим проектом мы стали готовиться на открытый городской конкурс научно-исследовательских работ. В процессе подготовки к нему, мы попытались вступить в переписку с сотнями российских, английских и немецких фелинологов, заводчиков и ветеринаров - мы хотели прояснить, что они думают о проблеме малой подвижности домашних кошек городских квартир и как ее решают. В школе мы изучаем немецкий и английские языки, но то ли наш уровень языковой коммуникации еще не достиг вершин, или из-за злых спам-фильтров, но на почти 350 писем, мы получили всего 24 ответа, многие вежливо-пустые, бесполезные. Из них следовало, что проблему решают чаше всего кормами или высотными кошачьими домиками, реже игрушками. Мы осторожно поделились идеей с одной русской заводчицей, но она категорично ответила, что кошка бегать не будет ни при каких условиях. Мы пожали плечами и сбросили ей наше видео. :)
   На конкурсе мы заняли первое место с большим отрывом по очкам.
   Конкурс был позади и появилось время все обдумать и поработать над недостатками нашего прототипа. Сначала захотелось перейти на печатную версию платы. Выбрали условно-бесплатный редактор Diptrace. Но вот проблема: мы хотели сделать разводку под модули, а в штатной библиотеке редактора и на просторах интернета были только единичные компоненты. Пришлось осваивать создание своих собственных компонентов в редакторе. Интегрировали тензодатчик прямо на плату: уж очень у него были хлипкие и короткие провода. Скомпоновали, выжимая каждый миллиметр. Получилось 60 на 80. Распечатали лазерником на глянцевой обложке какой-то рекламной книжки. Проутюжили, протравили, помыли. Поняли, что отмыли и часть дорожек - пошли увеличивать их ширину. :) Поигрались со сплавом Розе и горячим глицерином - сами не заметили, как нагнали в квартире адского тумана, немало напугав маму. Отказались от Розе в пользу обычного лужения. Но в конце концов - получилось что хотели. У нас была настоящая печатная плата. :) Мы отказались от двух различных схем ведущей и ведомой кормушек. Во втором прототипе единый вид печатной платы, но просто в ведомой кормушке, часть модулей не распаяна: часы реального времени и преобразователь уровней 3,3в - 5в.
Responsive image
   Встал вопрос о солидном корпусе. Сначала чесались руки самим собрать 3D-принтер: технология управления шаговым двигателем нами была опробована в нашей работе про 3D-фотосканер. Но мы решили не рисковать, ведь без опыта, мы могли надолго застрять с самостоятельным конструированием принтера, а хотелось побыстрее облагодетельствовать несчастных кошек - заказали готовый набор для домашней сборки принтера TEVO BlackWidow. Мы планировали большой корпус и нам нужен был принтер с большим рабочим столом.
    Пока набор для принтера неспешно ехал из Китая мы уселись за изучение 3D-моделирования. Мы примерно понимали, как должны выглядеть кормушки и смотрели в Youtube уроки, где создавались похожие поверхности или уроки объясняющие, как создавать элементы, которые нам нужны. Не просто смотрели, а повторяли, тренировались. Два летних месяца, ежедневно, по два-три часа. Сначала не получалось, но потом, по мере освоения редактора, как-то пошло, пошло. Разбирались вдвоем параллельно, но у Максима получалось быстрее. :)
   Сначала была идея сделать бункер, где хранится запас корма из прозрачного пластика, есть такой. Симпатичный - мы даже купили пару бабин двух оттенков. Но неожиданно взгляд упал на коробку от бокса с дисками DVD, и мы поняли, что так аккуратно, дешево и надежно, нам сделать бункер не удастся: было решено использовать крышку от дисков - тем более, что они бывают разной высоты, а то дает еще и разные варианты объема бункера для корма. Осталось только добавить стандартное крепление для нее на нашем корпусе. :) Во втором прототипе претерпел изменения и мотор-редуктор. Корпус был спроектирован просторным, для устойчивости, и в нем было много места, что позволило использовать более крупный мотор и пластиковый редуктор в виде готовой сборки. К тому же, такая сборка оказалась существенно дешевле предыдущей металлической версии. Таким образом были разработаны следующие детали:
Responsive image
Responsive image

верхняя часть корпуса

Responsive image

нижняя часть корпуса

Responsive image

шнек

Responsive image

блок для кормления

Responsive image

блок кормления и шнек

Responsive image

лоток

   Вот как все детали выглядят в сборке:
Responsive image
   Наконец, к нам пришел 3D принтер. Алена его собрала и мы стали распечатывать наши детали. После осталось все только собрать и отладить. Печатали, корректировали, отлаживали, дописывали и торопились к конкурсу - это был 12 Международный салон инноваций и изобретений в Севастополе. Он принес нам серебряную медаль и специальный приз. Получилось. Выдохнули.
   Но тут случилось внезапное и неожиданное событие: Алену наградили губернаторской стипендией и попросили принять участие в мини-презентации перед журналистами губернаторского пула. Алена собрала пачку своих дипломов, взяла мешок своих кубков и медалей, захватила все три свои работы и отправилась на эту презентацию. Рассказала. Была убедительной, показала второй прототип тренажера, видео от первого. Те, кто не был ранее с ней знаком по конкурсам или лично сильно удивились. Некоторые изъявили полушутливое желание купить тренажер. :) Начали выходить статьи и репортажи. REN TV , РИА , Известия , Новая газета , Комсомольская правда, Аргументы и Факты и еще десятки других. Начались интервью и местные телеэфиры. :)
Responsive image

фотография двух автоматизированных кормушек второго прототипа