多功能釘釘子輔助器

◎北京市第八十中學 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，讓我在遠處看他釘得平不平、距離合不合適。釘釘子時，他的手指還被錘子錘到了好幾次。

我想上網買一個釘釘子的輔助工具，但是沒有發現可以同時解決找平、測距、防砸手這幾個問題的裝置，而且網上的工具太工業化，不適合在家里使用。于是，我決定設計一個多功能釘釘子輔助器。

二、作品查新

我通過中國知網、佰騰網等查閱各種文獻，了解了市面上沒有可以同時找平、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、設計思路

多功能釘釘子輔助器整體設計比較緊湊，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生器來實現，測距功能通過激光測距儀來實現，防砸手功能通過鷹嘴式鉗釘來實現。

鋰電池給一字型激光發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。在使用的時候可以選擇不同的角度。

鷹嘴式鉗釘是單獨的組件，采用的材質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計圖

四、制作過程

我先用3D打印機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、水平儀等通過蓋板上預設的孔露出來，方便使用。

接下來，通過編程，我設計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 調試激光方向

圖4 作品實物圖

五、使用方法

裝置使用十分方便，按下裝置頂部的微動開關就可以開啟，并使一字型激光發生器發射出紅色的激光。如果要使用激光測距儀，就點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確地確定另一個釘子需要釘的位置，然后用鷹嘴式鉗釘鉗住釘子開始釘，防止砸到手。

六、實驗測試

實驗一 測距實驗

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，最后進行比對。實驗數據見表1。

表1 激光測距儀測得的數值和米尺測得的數值對比

差值最大為0.003 m，可以忽略不計。由此得出，激光測距儀測量準確。

實驗二 角度測量實驗

我通過角度測量實驗來驗證裝置的找平功能。

我先用裝置測量角度，再用量角器測量同樣的角度，然后進行比對，具體數值見表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。由此得出，角度測量準確。

結論：裝置測距和角度測量準確，可以很好地實現測距、找平功能，在使用過程中利用鷹嘴式鉗釘防止砸到手，基本實現了設計目標。

未來，我計劃通過計算、實驗，盡可能地增加一字型激光發生器的激光射出的距離，使作品實用性更強。

專家點評

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

這個作品的產生過程，突出體現了：其一，發明人具有“善于觀察生活，樂于發現問題、提出問題，并分析問題，欲創新性解決問題”的心理傾向，即創新的意識。現在有的同學進行科技創新，常常是坐在教室里拍腦袋想當然，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。他在把作品物化的同時，還進行了實驗和測評，科學、合理。

值得探討的是，這個作品雖然功能齊全，但結構略顯復雜。還可以讓它更簡單么？我們在科技創新實踐中，一定要遵循“復雜問題簡單化、簡單問題巧妙化、常規問題精細化、疑難問題智能化”的項目發展方向，這對我們創新能力的提升極有好處。