DIY Autonomer Nerf-Sentry-Geschützturm – Intelligente Nerf Gun mit Schrittmotoren, Kamera und Arduino

Komponenten und Zubehör

Komponente	Anzahl	Hinweis
OpenBuilds NEMA 17 Schrittmotor	1	Für Gierachse (Yaw)
DFRobot Schrittmotor mit Getriebe	1	Für Nickachse (Pitch)
DFRobot Schrittmotortreiber (Dual DRV8825)	1	Steuert beide Motoren
DFRobot Pixy 2 Kamera	1	Objekterkennung (Zielverfolgung)
Arduino Mega 2560	1	Hauptsteuerung (viele I/Os)
Ultraschallsensor HC-SR04	1	Entfernungsmessung zum Ziel
Nerf Nitron Gun	1	Modifizierte Waffe

Benötigte Werkzeuge und Maschinen

• 3D-Drucker (für fast alle Bauteile)
• Lötkolben
• CNC-Fräse (für Drehplattform aus Sperrholz)

Software und Online-Dienste

• Arduino IDE (Programmierung)
• Autodesk Fusion 360 (CAD/CAM)

Projektbeschreibung

Idee

Inspiriert von einem halbautonomen Geschützturm, der nach Ausrichtung selbstständig feuerte, sollte ein vollautonomer Nerf-Turm mit Zielverfolgung (Pixy 2), automatischer Ausrichtung (2 Achsen) und Abschussrealisierung gebaut werden.

Hardware-Konzept

• Augen: Pixy 2 Kamera – einfache Anbindung, Farb-basiertes Tracking (Neon-Pink als Zielmarke).
• Gehirn: Arduino Mega 2560 – ausreichend Pins für Motoren, Sensoren, Servo, MOSFET.
• Bewegung: Zwei Schrittmotoren (Yaw + Pitch). DFRobot Dual-DRV8825-Treiberplatine.
• Abzug: Servomotor betätigt originalen Abzug.
• Antrieb: Nerf Nitron Flywheel-Motoren über MOSFET geschaltet (Spul-Up/Down).
• Entfernung: HC-SR04 Ultraschallsensor für ballistische Berechnung.

Mechanik & CAD (Fusion 360)

1. Nerf Gun als Canvas importiert → Volumenkörper modelliert.
2. Drehplattform mit Kugellager-Aufnahmen für Yaw-Rotation. Schrittmotor seitlich angeordnet (Riemen/Znagrad).
3. Pitch-Mechanik: Lineareinheit (Gewindestange + Führungsstangen). Ein Punkt am beweglichen Schlitten, Gegenpunkt am Gun-Heck → Stange koppelt beide → Gun schwenkt um Mittelachse.
4. Montage: Stahlstift + Aluminium-Profile als Gun-Aufnahme.

Fertigung

• Fast alle Teile 3D-gedruckt (zwei Drucker parallel).
• Drehplattform: Fusion 360 CAM → CNC-Fräse → Sperrholzplatte ausgeschnitten.

Montage

1. Lagerböcke auf Drehplattform montieren.
2. Lineare Pitch-Einheit: 6 mm Alu-Führungsstangen + Gewindestange durch Druckteile führen.
3. Nerf Gun mit Stahlstift und Alu-Profil-Posten an Pitch-Schlitten befestigen.

Programmierung (State Machine)

Komplexe Ballistik-Logik. Zustandsautomat mit 6 States:

1. ACQUIRE: Pixy 2 auf Neon-Pink kalibriert. Turm schwenkt (Yaw), bis Ziel horizontal zentriert (Deadzone ±15 Pixel). Pitch-Motor justiert vertikal (Schritte = 33152 pro Korrektur). Schritte zählen → aktueller Pitch-Winkel.
2. POSITION: Ultraschall misst Distanz (hyp_distance). Trigonometrie: x = cos(α)·d, y = sin(α)·d. get_angle(x,y) berechnet nötigen Elevationswinkel via ballistischer Formel (v₀ = 21,336 m/s, g = 9,81). Pitch-Motor fährt Differenzwinkel.
3. SPOOL: MOSFET für Flywheel-Motoren EIN → 5 s Hochlaufen.
4. FIRE: Servo zieht Abzug (108° → 90°), 2 s Wartezeit.
5. WIND_DOWN: MOSFET AUS → 2 s Nachlauf. Laser AUS.
6. RETURN → ACQUIRE: Neuer Suchzyklus.

Ballistische Berechnung

get_angle(distance, height) löst Wurfparabel-Gleichung: θ = atan((v₀² - √(v₀⁴ - g(g·d² + 2·h·v₀²))) / (g·d)). Liefert Elevationswinkel in Grad.

Test & Ergebnisse

Neon-Pink-Karte an Wand. Treffergenauigkeit gut – Programm kalibriert Winkel per Entfernungsmessung. Video-Demo verfügbar.

Quellcode (Arduino, C++)

Vollständiger Sketch mit Bibliotheken BasicStepperDriver, Servo, Pixy2I2C. Pin-Belegung, State-Machine, Motorensteuerung, Pixy-Kommunikation, Ultraschall-Ping, ballistische Winkelberechnung, Homing-Routine (Endschalter für Pitch).

CAD-Daten & Schaltplan

Thingiverse-Repository für 3D-Druckdateien. Schaltplan als Bild (Verkabelung Arduino, Treiber, Sensoren, MOSFET, Servo, Laser).