大数据文摘出品
作者：kazuha
乐高被玩出花是不是已经不新鲜了？
比如这个叫大卫·阿吉拉尔（David Aguilar）男孩因右臂发育不良，就自己利用乐高来制作了义肢。
或者是用乐高DIY一个高精度电动显微镜。
但是文摘菌敢说，这次的乐高也绝对能让你大吃一惊。
看到了吗，这水中矫捷的身影，一个漂亮的U型回转然后急速刹车，再沉着冷静地向上浮去。
再看实际演练过程中，“船长”一脸镇定地操作，即使是在自然环境中也没有丝毫退却的意思。
就是你想的那样，这个潜艇正是利用乐高制作的。
该视频在YouTube上也是引起了热烈讨论，两三天观看人数就已经接近3万人次。
这不，有网友就直呼，“又是一个大师之作！”
也有网友表示，镜头清晰度令人震惊，对于低成本水下远程拍摄来说，这也是一个很好的概念验证。
接下来，就和文摘菌一起揭开这个乐高潜艇的面纱~
乐高和树莓派竟是“绝配”！
做好准备，开工！
我们先备上一个60毫升的注射器，将乐高齿轮架（零件编号3743）放在注射器杆旁，末端的灰色部分可以帮助固定机架线。
在此基础上要将齿轮用力推到齿条上，以确保其它们就不会乱动。在这里可以放置两个8齿齿轮（10928）从两侧推动杆，这也可以帮助固定齿条。
然后要用注射器的一个手柄把齿轮按杆的方向纵向固定住，这个过程需要大量的试错和实验。
乐高变速箱（6588）有24:1的齿轮减速比。它需要一个蜗轮 (4716) 和一个24齿齿轮 (3648) 才能工作，除了将扭矩增加24倍、减少摩擦外，它还非常紧凑，很适合用在潜艇上。
乐高电机选用的是EV3中型电机，里面的转速表可以用来跟踪注射器位置，将其与树莓派连接上。这里可以剪断一条EV3电缆，在末端压接杜邦母线连接器。
接下来需要用到Python来读取转速表，两个转速计信号可以根据哪个信号首先变为1来了解旋转方向。
tachoPower = DigitalOutputDevice(20) tachoA = DigitalInputDevice(16) tachoB = DigitalInputDevice(19) tachoAValue = tachoA.value tachoBValue = tachoB.value def tachoA_rising(): global tachoCount global tachoAValue global tachoBValue tachoAValue = 1 if tachoBValue == 0: #A in rising edge and B in low value # => direction is clockwise (shaft end perspective) tachoCount += 1 else: tachoCount -= 1 def tachoA_falling(): global tachoAValue tachoAValue = 0 def tachoB_rising(): global tachoCount global tachoAValue global tachoBValue tachoBValue = 1 if tachoAValue == 0: tachoCount -= 1 else: tachoCount += 1 def tachoB_falling(): global tachoBValue tachoBValue = 0 tachoA.when_activated = tachoA_rising tachoA.when_deactivated = tachoA_falling tachoB.when_activated = tachoB_rising tachoB.when_deactivated = tachoB_falling tachoPower.value = 1 |
注射器范围设置在3毫升至45毫升之间。
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 pos
SYRINGE_HYSTERESIS = 360 #motor+gearbox+syringe backlash/hysteresis [tacho counts]
#calculate syringe position
if tachoCount > trueTachoCount:
trueTachoCount = tachoCount
elif tachoCount
trueTachoCount = tachoCount + SYRINGE_HYSTERESIS
syringePos = SYRINGE_POS_MIN + SYRINGE_POS_MAX * \
trueTachoCount / SYRINGE_TACHO_COUNT #[ml]
通过游泳池测试运行的注射器位置数据可以看到，有效操作范围约25毫升，大约是注射器的一半。
不就是造一个船体吗（狗头
接下来可以制作船体部分了。
预先准备好两个有机玻璃亚克力塑料圆柱体，外径11厘米和10厘米，长度均为25厘米，厚度均为3毫米。
再还没有把它们焐热的时候，先从小圆柱体上锯下2厘米长部分。
在一块由苯乙烯-丙烯腈制成的塑料板上取下2块大小合适的圆形切片。
然后需要将切下来的圆柱体粘到圆形切片上，注意粘合需要防水且牢固。
然后需要对其进行防水密封，这里可以使用O型线圈。
安装盖子也是一个挑战，你必须得用指尖把O型圈推到缝隙中，否则它就会滑出来。秘诀是，先进入盖子的底部，然后用力将整个盖子向下推，挤压O形圈，同时将顶部翻入。
还需要在盖上开一个洞来让水进出注射器。此外，还需要使用外部水来测量深度。钻好孔后，将两根4毫米直径的乐高气动软管（21825）穿过孔。
在进行组装时，螺旋桨电机必须位于背面才能与磁力联轴器连接；注射器需要空间才能完全延伸，可以安装在电机下方或上方；电池很大，可以安装在前盖附近，也可以用手指方便进行开关操作。
在螺旋桨的选择上，主螺旋桨可以使用4x4.5的Diatone Bull Nose，在螺旋桨两侧贴一块双面胶带，将带有轴孔的圆形乐高板（4032）推到两侧，在车轴上添加乐高半衬套 (4265a) 以保持两端安全。
转弯螺旋桨可以乐高螺旋桨3叶片3直径轴孔（6041）。
接下来就可以……继续盖盖子了。
首先在盖子的两侧贴了一条低摩擦胶带，磁铁上添加硅润滑剂，用棉签清除脏污，添加磁耦合，插入乐高，主要添加了一个8齿齿轮 (10928) 和一个用于转动螺旋桨的轴，以及一个连接件 (48496)，用两个锥齿轮 (6589) 进行L形转弯。
再装上压力传感器和激光距离传感器，就可以准备出海了！
开上我心爱的小潜艇
带着我们做好的潜艇上路吧！
在水箱测试中，不管是压力传感器还是激光距离传感器，都能正常工作。
在泳池测试中，由于可施展空间更大，不管是转弯还是用螺旋桨加速前进，也都能很好地得以验证和演算。
在完成了初步测试后，我们还可以把潜艇放在自然界的河流里进行最后的模拟测试。
在这段长达200米的行进中，潜艇不仅能躲过各种障碍物正常运转，还拍摄到了非常清晰的水下图景。
给我们的“船长”一个大特写：
尽管看上去十分炫酷，但是作者也很真诚的给大家拔了播草。作者表示，前前后后整个构建过程太过复杂，可能花了300个小时左右。
同时目前还存在由于密封严密且需要平衡内部压力，端盖部分尤其复杂；转动螺旋桨太弱；潜艇在以最高速度行驶时不会直线行驶；测速脉冲有时会丢失，需要修复注射器位置参数等问题。
尽管目前已经做了4个版本的乐高潜艇，作者还在想对其进行改进，比如改造端盖使其更易于安装并添加锁定机制，更换无线电控制板，拆下激光距离传感器，增加转动螺旋桨尺寸或齿轮比等等。
文摘菌的脑子已经被这个乐高潜艇炫酷晕了，不知道大家对这个小潜艇有什么看法，欢迎在评论区留言讨论~
