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蔣欽卿，柳州市三江侗族自治縣古宜鎮(zhèn)中心小學(xué)六年級學(xué)生?？苿?chuàng)作品《一種適用于木屋屋頂?shù)那鍜哐b置》榮獲第35屆廣西青少年科技創(chuàng)新大賽小學(xué)生科技創(chuàng)新成果競賽一等獎(jiǎng)。

楊清，柳州市三江侗族自治縣古宜鎮(zhèn)中心小學(xué)校長。榮獲柳州市2018年青少年科技創(chuàng)新大賽“優(yōu)秀科技輔導(dǎo)員”稱號，及第34、35屆廣西青少年科技創(chuàng)新大賽小學(xué)生科技創(chuàng)新成果競賽一等獎(jiǎng)指導(dǎo)獎(jiǎng)，榮獲3項(xiàng)實(shí)用新型專利的授權(quán)。

侯劍鋒，柳州市三江侗族自治縣古宜鎮(zhèn)中心小學(xué)科技輔導(dǎo)員。榮獲“第六屆廣西青少年科學(xué)節(jié)先進(jìn)個(gè)人”稱號，榮獲3項(xiàng)實(shí)用新型專利的授權(quán)。

在侗族村寨里，各式各樣的木樓建筑，與綠水青山一起構(gòu)成了獨(dú)特的侗家風(fēng)情。逢年過節(jié)，人們都會(huì)做一次大掃除，清掃木屋里的灰塵和蜘蛛網(wǎng)。蔣欽卿希望發(fā)明一種適用于清掃木梁上的灰塵與蜘蛛網(wǎng)的清掃裝置。

第1步：實(shí)地調(diào)研

侗族傳統(tǒng)木質(zhì)建筑的構(gòu)件采取榫卯結(jié)合的連接方式，其中凸出的部位稱為“榫”，凹進(jìn)去的部位稱為“卯”。屋頂一般有5米高，由多根粗大的木梁相互穿插建成。清潔人員在清理木梁上的灰塵和蜘蛛網(wǎng)時(shí)，需要踩在高梯子上，使用長掃把清掃。在清掃過程中，灰塵與蜘蛛網(wǎng)經(jīng)常會(huì)掉進(jìn)清潔人員的眼睛中。

第2步：設(shè)計(jì)方案

蔣欽卿設(shè)計(jì)的清潔裝置有三個(gè)功能：一是能靈活地清理木梁死角中的灰塵；二是能高效清潔蜘蛛網(wǎng)；三是有獨(dú)立電源，方便使用者移動(dòng)使用。

第3步：設(shè)計(jì)構(gòu)思

蔣欽卿一共完成了兩版設(shè)計(jì)稿。在第一版設(shè)計(jì)稿中，清潔裝置更像是一個(gè)智能掃把，只配備了可以旋轉(zhuǎn)的清潔刷條。在走訪了清潔人員，了解他們對清潔工具的需求后，蔣欽卿改進(jìn)了設(shè)計(jì)，增添了吸塵頭配件和接塵罩，這樣可及時(shí)吸入清掃過程中掉落的灰塵，保護(hù)清掃人員的眼睛；她還重新設(shè)計(jì)了桿體（包括手持桿體和支撐桿體）、刷條清潔頭等部件。蔣欽卿將蓄電池盒安裝在手持桿體的下端，在支撐桿體上設(shè)置了一個(gè)角度傳感器旋鈕。該旋鈕連接舵機(jī)，可使支撐桿體前端向下彎折，與支撐桿體形成70°-180°的夾角；刷條清潔頭和吸塵頭都安裝了快接電源裝置，可以快速與手持桿體的蓄電池連接。

第4步：制作硬件

準(zhǔn)備材料和工具：直徑分別為3cm和4cm的兩根PVC水管、2個(gè)快接電源裝置、塑料束線帶、電機(jī)、小扇葉、10000mA鋰電池、礦泉水瓶、圓形塑料薄片、熱熔膠、502膠水、剪刀、鋸片、鉗子等。

清潔裝置的主要部件有四個(gè)：手持桿體、支撐桿體、刷條清潔頭和吸塵頭。

蔣欽卿用直徑4cm的PVC水管做手持桿體，長度為30cm，在手持桿體的下端安裝電池倉，在手持桿體的上端安裝電源開關(guān)。

接著，她使用直徑3cm、長度為120cm的PVC水管制作支撐桿體，并在支撐桿體的中間處安裝角度傳感器旋鈕。用熱熔膠和502膠水連接，手持桿體和支撐桿體并在桿體管內(nèi)放置電線。

刷條清潔頭包括快接電源裝置、電機(jī)和刷條。蔣欽卿先找來一片直徑為5厘米、厚度為0.8厘米的圓形塑料片，用502膠水將塑料束線帶粘貼在圓形塑料片外圍，并將圓形塑料片與電機(jī)轉(zhuǎn)軸用502膠水固定在一起。這樣，刷條清潔頭就制作好了。

吸塵頭包括快接電源裝置、電機(jī)、電扇、濾網(wǎng)和接塵罩。蔣欽卿用剪刀剪下礦泉水瓶的上半段，當(dāng)作接塵罩，并將電機(jī)和電扇安裝在礦泉水瓶的上半部分，制成吸塵頭部件。最后，用502膠水把吸塵頭固定在刷條清潔頭的下部。

第5步：編寫程序

蔣欽卿使用Arduino UNO軟件做程序處理器。當(dāng)操作者打開開關(guān)時(shí)，頂端刷條清潔頭便會(huì)快速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度傳感器旋鈕，角度傳感器會(huì)將信息發(fā)送至程序處理器，程序處理器再發(fā)出指令讓舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)整刷條清潔頭的彎曲角度。

第6步：測試使用效果

作品完成后，蔣欽卿開始檢驗(yàn)清掃裝置的使用效果。按下清掃裝置的電源開關(guān)后，呈放射狀分布的刷條便快速轉(zhuǎn)動(dòng)起來，她將轉(zhuǎn)動(dòng)的刷條靠近一個(gè)蜘蛛網(wǎng)，蜘蛛網(wǎng)瞬間便被高速旋轉(zhuǎn)的刷條清理干凈了。接著，蔣欽卿輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)角度傳感器旋鈕，讓清潔頭向下彎折，與桿體形成90°的夾角，這樣，清潔頭就可以輕松掃凈橫梁上的積塵了。然后，她取下刷條清潔頭，換上吸塵頭，繼續(xù)打掃木梁。吸塵頭可吸入大部分灰塵，沒吸入的灰塵也會(huì)有接塵罩接住，只有少量灰塵掉落地上。

蔣欽卿在試用清掃裝置的過程中，發(fā)現(xiàn)橫梁在高處，清掃人很難看清橫梁上方的積塵情況，她希望未來還可以為清掃裝置添加攝像顯示設(shè)備，以便使用者更好地清掃屋頂。

楊清老師：清掃蜘蛛網(wǎng)時(shí)，條狀的清潔刷可以快速纏住蜘蛛網(wǎng)，清理效果非常好。該作品設(shè)計(jì)合理，功能實(shí)用。