◎北京市第八十中學(xué) 陳相元

一、提出問題

去年三月，爸爸拿著釘子和錘子站在客廳的墻邊，要在墻上釘一幅字，讓我在遠(yuǎn)處看他釘?shù)闷讲黄?、距離合不合適。釘釘子時(shí)，他的手指還被錘子錘到了好幾次。

我想上網(wǎng)買一個釘釘子的輔助工具，但是沒有發(fā)現(xiàn)可以同時(shí)解決找平、測距、防砸手這幾個問題的裝置，而且網(wǎng)上的工具太工業(yè)化，不適合在家里使用。于是，我決定設(shè)計(jì)一個多功能釘釘子輔助器。

二、作品查新

我通過中國知網(wǎng)、佰騰網(wǎng)等查閱各種文獻(xiàn)，了解了市面上沒有可以同時(shí)找平、測距、防砸手的多功能釘釘子輔助器。目前，市面上的釘釘子輔助器作品及專利主要解決釘釘子時(shí)釘子易歪斜、錘子易砸到手的問題，找平和測距還得請人幫忙。

三、設(shè)計(jì)思路

多功能釘釘子輔助器整體設(shè)計(jì)比較緊湊，小巧便捷，方便單手操作，另一只手可以騰出來拿錘子。

裝置的找平功能通過水平儀配合一字型激光發(fā)生器來實(shí)現(xiàn)，測距功能通過激光測距儀來實(shí)現(xiàn)，防砸手功能通過鷹嘴式鉗釘來實(shí)現(xiàn)。

鋰電池給一字型激光發(fā)生器和激光測距儀供電。如果鋰電池沒電，可通過外部的Type-c接口充電。

水平儀有兩個：平行水平儀和45°水平儀。在使用的時(shí)候可以選擇不同的角度。

鷹嘴式鉗釘是單獨(dú)的組件，采用的材質(zhì)是兼具韌性和耐久性的尼龍，通過螺絲固定在裝置前端，可以減小錘子敲擊帶來的損傷，延長裝置的使用壽命。

圖1 多功能釘釘子輔助器手繪設(shè)計(jì)圖

四、制作過程

我先用3D打印機(jī)打印出裝置的握持部分和蓋板，再用尼龍制作鷹嘴式鉗釘，然后在握持部分裝入一字型激光發(fā)生器、激光測距儀、激光測距儀的顯示器、水平儀、鋰電池、微動開關(guān)等元件。連接電路并整理好電線后，蓋上蓋板，將螺絲擰緊，并用膠封住，最后用螺絲將鷹嘴式鉗釘固定在裝置前端。

裝置中的電線沒有外露，激光測距儀的顯示器和開關(guān)、水平儀等通過蓋板上預(yù)設(shè)的孔露出來，方便使用。

接下來，通過編程，我設(shè)計(jì)了激光測距儀的顯示器上顯示的版式和自動休眠的功能。

圖2 安裝元件

圖3 調(diào)試激光方向

圖4 作品實(shí)物圖

五、使用方法

裝置使用十分方便，按下裝置頂部的微動開關(guān)就可以開啟，并使一字型激光發(fā)生器發(fā)射出紅色的激光。如果要使用激光測距儀，就點(diǎn)擊兩次激光測距儀的顯示器左邊的圓形按鍵，可以測出激光發(fā)射孔到要釘釘子的位置的距離。

如果要在一塊木板上水平地釘兩個相距50 cm的釘子，可以先釘一個釘子，再使用裝置的找平和測距功能快速準(zhǔn)確地確定另一個釘子需要釘?shù)奈恢茫缓笥铭椬焓姐Q釘鉗住釘子開始釘，防止砸到手。

六、實(shí)驗(yàn)測試

實(shí)驗(yàn)一 測距實(shí)驗(yàn)

為測試裝置的激光測距功能，我先用激光測距儀測距（激光發(fā)射孔到要釘釘子的位置的距離），再用米尺測量這段距離，最后進(jìn)行比對。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 激光測距儀測得的數(shù)值和米尺測得的數(shù)值對比

差值最大為0.003 m，可以忽略不計(jì)。由此得出，激光測距儀測量準(zhǔn)確。

實(shí)驗(yàn)二 角度測量實(shí)驗(yàn)

我通過角度測量實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證裝置的找平功能。

我先用裝置測量角度，再用量角器測量同樣的角度，然后進(jìn)行比對，具體數(shù)值見表2。

表2 裝置測得的角度與量角器測得的角度對比

差值最大為2°，幾乎可以忽略不計(jì)。由此得出，角度測量準(zhǔn)確。

結(jié)論：裝置測距和角度測量準(zhǔn)確，可以很好地實(shí)現(xiàn)測距、找平功能，在使用過程中利用鷹嘴式鉗釘防止砸到手，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

未來，我計(jì)劃通過計(jì)算、實(shí)驗(yàn)，盡可能地增加一字型激光發(fā)生器的激光射出的距離，使作品實(shí)用性更強(qiáng)。

專家點(diǎn)評

陳相元同學(xué)的多功能釘釘子輔助器是一件具有原創(chuàng)性的小發(fā)明項(xiàng)目。從類別上分析，屬于青少年科技創(chuàng)新大賽所指的B類作品。它來源于生活，給生活增添方便。

這個作品的產(chǎn)生過程，突出體現(xiàn)了：其一，發(fā)明人具有“善于觀察生活，樂于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并分析問題，欲創(chuàng)新性解決問題”的心理傾向，即創(chuàng)新的意識?，F(xiàn)在有的同學(xué)進(jìn)行科技創(chuàng)新，常常是坐在教室里拍腦袋想當(dāng)然，這是極不可取的。其二，他想到了釘釘子可能砸手、距離不合適、不在同一水平線上等問題，其思維具有流暢性與縝密性。其三，他具有科研潛質(zhì)。他在把作品物化的同時(shí)，還進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和測評，科學(xué)、合理。

值得探討的是，這個作品雖然功能齊全，但結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜。還可以讓它更簡單么？我們在科技創(chuàng)新實(shí)踐中，一定要遵循“復(fù)雜問題簡單化、簡單問題巧妙化、常規(guī)問題精細(xì)化、疑難問題智能化”的項(xiàng)目發(fā)展方向，這對我們創(chuàng)新能力的提升極有好處。