花300個小時用樂高和樹莓派做出一台樂高潛水艇，還能在河裡拍到清晰的水下影片

樂高被玩出各種新花樣已經不是新鮮事了，像這個叫大衛‧阿吉拉爾（David Aguilar）男孩因右臂發育不良，就自己利用樂高來製作了一支義肢。

也有人用樂高DIY一個高精度電動顯微鏡。

但這次的樂高絕對能讓你大吃一驚。 

看到了嗎，這水中矯捷的身影，一個漂亮的U型回轉然後急速刹車，再沉著冷靜地向上浮去。‍

再看實際演練過程中，「船長」一臉鎮定地操作，即使是在自然的河流環境中也沒有絲毫退卻的意思。 

這個潛艇正是利用樂高製作的。這部影片在YouTube上引起了熱烈討論，目前觀看人數已經接近10萬人次。有網友就直呼，「又是一個大師之作！」也有網友表示，鏡頭清晰度令人震驚，對於低成本水下遠端拍攝來說，這也是一個很好的概念驗證。  

樂高和樹莓派是「絕配」！ 

做好準備，開工！

▲ 我們先備上一個60毫升的塑膠注射器，將樂高齒輪架（零件編號3743）放在注射器杆旁，末端的灰色部分可以説明固定機架線。 ▲ 在這裡要將齒輪用力推到齒條上，以確保其它們就不會亂動。在這裡可以放置兩個8齒齒輪（10928）從兩側推動杆，這也可以幫助固定齒條。 ▲ 然後要用注射器的一個手柄把齒輪按杆的方向縱向固定住，這個過程需要大量的試錯和實驗。 

樂高變速箱（6588）有24:1的齒輪減速比。它需要一個蝸輪（4716） 和一個24齒齒輪（3648） 才能工作，除了將扭矩增加24倍、減少摩擦外，它還非常緊湊，很適合用在潛艇上。 

▲ 樂高電機選用的是EV3中型電機，裡面的轉速表可以用來追蹤注射器位置，將其與樹莓派連接上。這裡可以剪斷一條EV3電纜，在末端壓接杜邦母線連接器。 

接下來需要用到Python來讀取轉速表，兩個轉速計訊號可以根據哪個訊號首先變為1來瞭解旋轉方向。

tachoPower = DigitalOutputDevice(20)tachoA = DigitalInputDevice(16)tachoB = DigitalInputDevice(19)
tachoAValue = tachoA.valuetachoBValue = tachoB.valuedef tachoA_rising():global tachoCountglobal tachoAValueglobal tachoBValuetachoAValue = 1if tachoBValue == 0:#A in rising edge and B in low value# => direction is clockwise (shaft end perspective)tachoCount += 1 -= 1def tachoA_falling():global tachoAValuetachoAValue = 0def tachoB_rising():global tachoCountglobal tachoAValueglobal tachoBValuetachoBValue = 1if tachoAValue == 0:tachoCount -= 1 += 1def tachoB_falling():global tachoBValuetachoBValue = 0
tachoA.when_activated = tachoA_risingtachoA.when_deactivated = tachoA_fallingtachoB.when_activated = tachoB_risingtachoB.when_deactivated = tachoB_falling
tachoPower.value = 1

注射器範圍設置在3毫升至45毫升之間。 

SYRINGE_POS_MIN = 3 #syringe ballast min pos [ml]SYRINGE_POS_MAX = 45 #syringe ballast max pos [ml]SYRINGE_TACHO_COUNT = 19000 #tacho count from syringe min to max posSYRINGE_HYSTERESIS = 360 #motor+gearbox+syringe backlash/hysteresis [tacho counts]
#calculate syringe positionif tachoCount > trueT = tachoCountelif tachoCount < trueTachoCount - SYRINGE_H = tachoCount + SYRINGE_HYSTERESISsyringePos = SYRINGE_POS_MIN + SYRINGE_POS_MAX * \trueTachoCount / SYRINGE_TACHO_COUNT #[ml]

▲ 透過游泳池測試運行的注射器位置資料可以看到，有效操作範圍約25毫升，大約是注射器的一半。

接下來可以製作船體部分了。 

預先準備好兩個有機玻璃壓克力塑膠圓柱體，外徑11公分和10公分，長度均為25公分，厚度均為3公釐。 

▲ 再還沒有把它們焐熱的時候，先從小圓柱體上鋸下2公分長部分。  ▲ 在一塊由苯乙烯-丙烯腈製成的塑膠板上取下2塊大小合適的圓形切片。 ▲ 然後需要將切下來的圓柱體黏到圓形切片上，注意黏合需要防水且牢固。

▲ 然後需要對其進行防水密封，這裡可以使用O型線圈。

▲ 安裝蓋子也是一個挑戰，你必須得用指尖把O型圈推到縫隙中，否則它就會滑出來。秘訣是，先進入蓋子的底部，然後用力將整個蓋子向下推，擠壓O形圈，同時將頂部翻入。 ▲ 還需要在蓋上開一個洞來讓水進出注射器。此外，還需要使用外部水來測量深度。鑽好孔後，將兩根4公釐直徑的樂高氣動軟管（21825）穿過孔。 ▲ 在進行組裝時，螺旋槳電機必須位於背面才能與磁力聯軸器連接；注射器需要空間才能完全延伸，可以安裝在電機下方或上方；電池很大，可以安裝在前蓋附近，也可以用手指方便進行開關操作。

在螺旋槳的選擇上，主螺旋槳可以使用4x4.5的Diatone Bull Nose，在螺旋槳兩側貼一塊雙面膠帶，將帶有軸孔的圓形樂高板（4032）推到兩側， 在車軸上添加樂高半襯套（4265a） 以保持兩端安全。

▲ 轉彎螺旋槳可以樂高螺旋槳3葉片3直徑軸孔（6041）。

接下來就可以……繼續蓋蓋子了。 

▲ 首先在蓋子的兩側貼了一條低摩擦膠帶，磁鐵上添加矽潤滑劑，用棉簽清除髒汙，添加磁耦合，插入樂高，主要添加了一個8齒齒輪 （10928） 和一個用於轉動螺旋槳的軸，以及一個連接件 （48496），用兩個錐齒輪 （6589） 進行L形轉彎。再裝上壓力感測器和雷射距離感測器，就可以 準備出海了 ！  

帶著潛艇上路吧！ 

在水箱測試中，不管是壓力感測器還是雷射距離感測器，都能正常工作。 

在泳池測試中，由於可施展空間更大，不管是轉彎還是用螺旋槳加速前進，也都能很好地得以驗證和演算。

在完成了初步測試後，我們還可以把潛艇放在自然界的河流裡進行最後的模擬測試。 

在這段長達200公尺的行進中，潛艇不僅能躲過各種障礙物正常運轉，還拍攝到了非常清晰的水下影片。‍ 

給「船長」一個大特寫：

儘管看上去十分炫酷，但是作者也表示，前前後後整個構建過程太過複雜，可能花了300個小時左右。 

同時現在有些問題要解決，像是：

1. 密封嚴密且需要平衡內部壓力，端蓋部分尤其複雜
2. 轉動螺旋槳太弱
3. 潛艇在以最高速度行駛時不會直線行駛
4. 測速脈衝有時會丟失
5. 需要修復注射器位置參數 

儘管目前已經做了4個版本的樂高潛艇，作者還在想對其進行改進，比如改造端蓋使其更易於安裝並添加鎖定機制，更換無線電控制板，拆下雷射距離感測器，增加轉動螺旋槳尺寸或齒輪比等等。 

不知道大家對這個小潛艇有什麼看法。 

資料來源：

• RC Submarine 4.0 – blog post series