多功能钉钉子辅助器

◎北京市第八十中学 陈相元

一、提出问题

去年三月，爸爸拿着钉子和锤子站在客厅的墙边，要在墙上钉一幅字，让我在远处看他钉得平不平、距离合不合适。钉钉子时，他的手指还被锤子锤到了好几次。

我想上网买一个钉钉子的辅助工具，但是没有发现可以同时解决找平、测距、防砸手这几个问题的装置，而且网上的工具太工业化，不适合在家里使用。于是，我决定设计一个多功能钉钉子辅助器。

二、作品查新

我通过中国知网、佰腾网等查阅各种文献，了解了市面上没有可以同时找平、测距、防砸手的多功能钉钉子辅助器。目前，市面上的钉钉子辅助器作品及专利主要解决钉钉子时钉子易歪斜、锤子易砸到手的问题，找平和测距还得请人帮忙。

三、设计思路

多功能钉钉子辅助器整体设计比较紧凑，小巧便捷，方便单手操作，另一只手可以腾出来拿锤子。

装置的找平功能通过水平仪配合一字型激光发生器来实现，测距功能通过激光测距仪来实现，防砸手功能通过鹰嘴式钳钉来实现。

锂电池给一字型激光发生器和激光测距仪供电。如果锂电池没电，可通过外部的Type-c接口充电。

水平仪有两个：平行水平仪和45°水平仪。在使用的时候可以选择不同的角度。

鹰嘴式钳钉是单独的组件，采用的材质是兼具韧性和耐久性的尼龙，通过螺丝固定在装置前端，可以减小锤子敲击带来的损伤，延长装置的使用寿命。

图1 多功能钉钉子辅助器手绘设计图

四、制作过程

我先用3D打印机打印出装置的握持部分和盖板，再用尼龙制作鹰嘴式钳钉，然后在握持部分装入一字型激光发生器、激光测距仪、激光测距仪的显示器、水平仪、锂电池、微动开关等元件。连接电路并整理好电线后，盖上盖板，将螺丝拧紧，并用胶封住，最后用螺丝将鹰嘴式钳钉固定在装置前端。

装置中的电线没有外露，激光测距仪的显示器和开关、水平仪等通过盖板上预设的孔露出来，方便使用。

接下来，通过编程，我设计了激光测距仪的显示器上显示的版式和自动休眠的功能。

图2 安装元件

图3 调试激光方向

图4 作品实物图

五、使用方法

装置使用十分方便，按下装置顶部的微动开关就可以开启，并使一字型激光发生器发射出红色的激光。如果要使用激光测距仪，就点击两次激光测距仪的显示器左边的圆形按键，可以测出激光发射孔到要钉钉子的位置的距离。

如果要在一块木板上水平地钉两个相距50 cm的钉子，可以先钉一个钉子，再使用装置的找平和测距功能快速准确地确定另一个钉子需要钉的位置，然后用鹰嘴式钳钉钳住钉子开始钉，防止砸到手。

六、实验测试

实验一 测距实验

为测试装置的激光测距功能，我先用激光测距仪测距（激光发射孔到要钉钉子的位置的距离），再用米尺测量这段距离，最后进行比对。实验数据见表1。

表1 激光测距仪测得的数值和米尺测得的数值对比

差值最大为0.003 m，可以忽略不计。由此得出，激光测距仪测量准确。

实验二 角度测量实验

我通过角度测量实验来验证装置的找平功能。

我先用装置测量角度，再用量角器测量同样的角度，然后进行比对，具体数值见表2。

表2 装置测得的角度与量角器测得的角度对比

差值最大为2°，几乎可以忽略不计。由此得出，角度测量准确。

结论：装置测距和角度测量准确，可以很好地实现测距、找平功能，在使用过程中利用鹰嘴式钳钉防止砸到手，基本实现了设计目标。

未来，我计划通过计算、实验，尽可能地增加一字型激光发生器的激光射出的距离，使作品实用性更强。

专家点评

陈相元同学的多功能钉钉子辅助器是一件具有原创性的小发明项目。从类别上分析，属于青少年科技创新大赛所指的B类作品。它来源于生活，给生活增添方便。

这个作品的产生过程，突出体现了：其一，发明人具有“善于观察生活，乐于发现问题、提出问题，并分析问题，欲创新性解决问题”的心理倾向，即创新的意识。现在有的同学进行科技创新，常常是坐在教室里拍脑袋想当然，这是极不可取的。其二，他想到了钉钉子可能砸手、距离不合适、不在同一水平线上等问题，其思维具有流畅性与缜密性。其三，他具有科研潜质。他在把作品物化的同时，还进行了实验和测评，科学、合理。

值得探讨的是，这个作品虽然功能齐全，但结构略显复杂。还可以让它更简单么？我们在科技创新实践中，一定要遵循“复杂问题简单化、简单问题巧妙化、常规问题精细化、疑难问题智能化”的项目发展方向，这对我们创新能力的提升极有好处。