一种适用于木屋屋顶的清扫装置

乐羊羊

蒋钦卿，柳州市三江侗族自治县古宜镇中心小学六年级学生。科创作品《一种适用于木屋屋顶的清扫装置》荣获第35届广西青少年科技创新大赛小学生科技创新成果竞赛一等奖。

杨清，柳州市三江侗族自治县古宜镇中心小学校长。荣获柳州市2018年青少年科技创新大赛“优秀科技辅导员”称号，及第34、35届广西青少年科技创新大赛小学生科技创新成果竞赛一等奖指导奖，荣获3项实用新型专利的授权。

侯剑锋，柳州市三江侗族自治县古宜镇中心小学科技辅导员。荣获“第六届广西青少年科学节先进个人”称号，荣获3项实用新型专利的授权。

在侗族村寨里，各式各样的木楼建筑，与绿水青山一起构成了独特的侗家风情。逢年过节，人们都会做一次大扫除，清扫木屋里的灰尘和蜘蛛网。蒋钦卿希望发明一种适用于清扫木梁上的灰尘与蜘蛛网的清扫装置。

第1步：实地调研

侗族传统木质建筑的构件采取榫卯结合的连接方式，其中凸出的部位称为“榫”，凹进去的部位称为“卯”。屋顶一般有5米高，由多根粗大的木梁相互穿插建成。清洁人员在清理木梁上的灰尘和蜘蛛网时，需要踩在高梯子上，使用长扫把清扫。在清扫过程中，灰尘与蜘蛛网经常会掉进清洁人员的眼睛中。

第2步：设计方案

蒋钦卿设计的清洁装置有三个功能：一是能灵活地清理木梁死角中的灰尘；二是能高效清洁蜘蛛网；三是有独立电源，方便使用者移动使用。

第3步：设计构思

蒋钦卿一共完成了两版设计稿。在第一版设计稿中，清洁装置更像是一个智能扫把，只配备了可以旋转的清洁刷条。在走访了清洁人员，了解他们对清洁工具的需求后，蒋钦卿改进了设计，增添了吸尘头配件和接尘罩，这样可及时吸入清扫过程中掉落的灰尘，保护清扫人员的眼睛；她还重新设计了杆体（包括手持杆体和支撑杆体）、刷条清洁头等部件。蒋钦卿将蓄电池盒安装在手持杆体的下端，在支撑杆体上设置了一个角度传感器旋钮。该旋钮连接舵机，可使支撑杆体前端向下弯折，与支撑杆体形成70°-180°的夹角；刷条清洁头和吸尘头都安装了快接电源装置，可以快速与手持杆体的蓄电池连接。

第4步：制作硬件

准备材料和工具：直径分别为3cm和4cm的两根PVC水管、2个快接电源装置、塑料束线带、电机、小扇叶、10000mA锂电池、矿泉水瓶、圆形塑料薄片、热熔胶、502胶水、剪刀、锯片、钳子等。

清洁装置的主要部件有四个：手持杆体、支撑杆体、刷条清洁头和吸尘头。

蒋钦卿用直径4cm的PVC水管做手持杆体，长度为30cm，在手持杆体的下端安装电池仓，在手持杆体的上端安装电源开关。

接著，她使用直径3cm、长度为120cm的PVC水管制作支撑杆体，并在支撑杆体的中间处安装角度传感器旋钮。用热熔胶和502胶水连接，手持杆体和支撑杆体并在杆体管内放置电线。

刷条清洁头包括快接电源装置、电机和刷条。蒋钦卿先找来一片直径为5厘米、厚度为0.8厘米的圆形塑料片，用502胶水将塑料束线带粘贴在圆形塑料片外围，并将圆形塑料片与电机转轴用502胶水固定在一起。这样，刷条清洁头就制作好了。

吸尘头包括快接电源装置、电机、电扇、滤网和接尘罩。蒋钦卿用剪刀剪下矿泉水瓶的上半段，当作接尘罩，并将电机和电扇安装在矿泉水瓶的上半部分，制成吸尘头部件。最后，用502胶水把吸尘头固定在刷条清洁头的下部。

第5步：编写程序

蒋钦卿使用Arduino UNO软件做程序处理器。当操作者打开开关时，顶端刷条清洁头便会快速转动。当顺时针旋转角度传感器旋钮，角度传感器会将信息发送至程序处理器，程序处理器再发出指令让舵机转动，从而调整刷条清洁头的弯曲角度。

第6步：测试使用效果

作品完成后，蒋钦卿开始检验清扫装置的使用效果。按下清扫装置的电源开关后，呈放射状分布的刷条便快速转动起来，她将转动的刷条靠近一个蜘蛛网，蜘蛛网瞬间便被高速旋转的刷条清理干净了。接着，蒋钦卿轻轻转动角度传感器旋钮，让清洁头向下弯折，与杆体形成90°的夹角，这样，清洁头就可以轻松扫净横梁上的积尘了。然后，她取下刷条清洁头，换上吸尘头，继续打扫木梁。吸尘头可吸入大部分灰尘，没吸入的灰尘也会有接尘罩接住，只有少量灰尘掉落地上。

蒋钦卿在试用清扫装置的过程中，发现横梁在高处，清扫人很难看清横梁上方的积尘情况，她希望未来还可以为清扫装置添加摄像显示设备，以便使用者更好地清扫屋顶。

杨清老师：清扫蜘蛛网时，条状的清洁刷可以快速缠住蜘蛛网，清理效果非常好。该作品设计合理，功能实用。