一種適用于木屋屋頂的清掃裝置

樂羊羊

蔣欽卿，柳州市三江侗族自治縣古宜鎮中心小學六年級學生。科創作品《一種適用于木屋屋頂的清掃裝置》榮獲第35屆廣西青少年科技創新大賽小學生科技創新成果競賽一等獎。

楊清，柳州市三江侗族自治縣古宜鎮中心小學校長。榮獲柳州市2018年青少年科技創新大賽“優秀科技輔導員”稱號，及第34、35屆廣西青少年科技創新大賽小學生科技創新成果競賽一等獎指導獎，榮獲3項實用新型專利的授權。

侯劍鋒，柳州市三江侗族自治縣古宜鎮中心小學科技輔導員。榮獲“第六屆廣西青少年科學節先進個人”稱號，榮獲3項實用新型專利的授權。

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

第1步：實地調研

侗族傳統木質建筑的構件采取榫卯結合的連接方式，其中凸出的部位稱為“榫”，凹進去的部位稱為“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時，需要踩在高梯子上，使用長掃把清掃。在清掃過程中，灰塵與蜘蛛網經常會掉進清潔人員的眼睛中。

第2步：設計方案

蔣欽卿設計的清潔裝置有三個功能：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；三是有獨立電源，方便使用者移動使用。

第3步：設計構思

蔣欽卿一共完成了兩版設計稿。在第一版設計稿中，清潔裝置更像是一個智能掃把，只配備了可以旋轉的清潔刷條。在走訪了清潔人員，了解他們對清潔工具的需求后，蔣欽卿改進了設計，增添了吸塵頭配件和接塵罩，這樣可及時吸入清掃過程中掉落的灰塵，保護清掃人員的眼睛；她還重新設計了桿體（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，在支撐桿體上設置了一個角度傳感器旋鈕。該旋鈕連接舵機，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

準備材料和工具：直徑分別為3cm和4cm的兩根PVC水管、2個快接電源裝置、塑料束線帶、電機、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：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。

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放置電線。

刷條清潔頭包括快接電源裝置、電機和刷條。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轉軸用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、電扇、濾網和接塵罩。蔣欽卿用剪刀剪下礦泉水瓶的上半段，當作接塵罩，并將電機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。當操作者打開開關時，頂端刷條清潔頭便會快速轉動。當順時針旋轉角度傳感器旋鈕，角度傳感器會將信息發送至程序處理器，程序處理器再發出指令讓舵機轉動，從而調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，蔣欽卿開始檢驗清掃裝置的使用效果。按下清掃裝置的電源開關后，呈放射狀分布的刷條便快速轉動起來，她將轉動的刷條靠近一個蜘蛛網，蜘蛛網瞬間便被高速旋轉的刷條清理干凈了。接著，蔣欽卿輕輕轉動角度傳感器旋鈕，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，繼續打掃木梁。吸塵頭可吸入大部分灰塵，沒吸入的灰塵也會有接塵罩接住，只有少量灰塵掉落地上。

蔣欽卿在試用清掃裝置的過程中，發現橫梁在高處，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備，以便使用者更好地清掃屋頂。

楊清老師：清掃蜘蛛網時，條狀的清潔刷可以快速纏住蜘蛛網，清理效果非常好。該作品設計合理，功能實用。