Giới thiệu dự án

Sự bùng phát của các đại dịch truyền nhiễm đường hô hấp, điển hình là đại dịch COVID-19 và các chủng vi khuẩn đa kháng thuốc trong môi trường y tế (HAIs - Hospital-Acquired Infections), đã đặt ra bài toán cấp bách về kiểm soát nhiễm khuẩn không khí và bề mặt tiếp xúc. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh (CDC), mầm bệnh dạng khí dung (aerosols) và giọt bắn có thể tồn tại lơ lửng trong không khí nhiều giờ và lưu bám trên các bề mặt nhựa, kim loại từ 48 đến 72 giờ.

Phương pháp khử trùng truyền thống bằng phun hóa chất (như Clo hoạt tính, Quaternary Ammonium, cồn) bộc lộ nhiều điểm nghẽn nghiêm trọng:

  • Tạo ra dư lượng hóa chất độc hại gây kích ứng hệ hô hấp và da của con người.
  • Tiêu tốn nhiều nhân lực vận hành trực tiếp, gia tăng nguy cơ lây nhiễm chéo cho nhân viên y tế và vệ sinh.
  • Không thể tiếp cận đồng đều các góc khuất, đồng thời gây ăn mòn, hư hại các thiết bị điện tử, máy móc y tế chính xác.
  • Khử trùng bằng đèn cực tím cố định gặp hạn chế lớn về "điểm mù" do bóng đổ (shadow effect) và suy giảm cường độ bức xạ theo định luật nghịch đảo bình phương khoảng cách ($I \propto 1/d^2$).

Để giải quyết triệt để các hạn chế trên, đề tài "Khử trùng bằng tia cực tím dùng robot tự hành" (thuộc ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hoá, Viện Kỹ thuật HUTECH) được nghiên cứu và phát triển. Đề tài tập trung xây dựng một nền tảng Robot tự hành (Autonomous Guided Vehicle - AGV) tích hợp nguồn phát xạ diệt khuẩn bằng tia cực tím băng C (Ultraviolet Germicidal Irradiation - UVGI) có khả năng tự động điều hướng, quét và tránh chướng ngại vật linh hoạt trong không gian kín.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                  HỆ THỐNG ROBOT TỰ HÀNH KHỬ TRÙNG UV-C                  |
|                                                                         |
|  [ Khối Nguồn ] ----> [ Bo điều khiển Uno R3 ] <----> [ Cảm biến SR04 ] |
|  (Pin 18650/Ắc quy)       (ATmega328P)              [ Servo MG90S ]     |
|         |                        |                                      |
|         v                        v                                      |
|  [ Inverter DC-AC ]       [ Driver L298N ]                              |
|         |                        |                                      |
|         v                        v                                      |
|  [ Đèn UV-C 253.7nm ]     [ 2x Động cơ DC ] ----> [ Di chuyển vi sai ]  |
+-------------------------------------------------------------------------+

Mục tiêu dự án

  1. Thiết kế cơ khí hoàn chỉnh: Chế tạo khung xe 2 tầng bằng vật liệu mica bền nhẹ, tối ưu trọng tâm, tích hợp hệ thống dẫn động vi sai 2 bánh chủ động kết hợp bánh xe đa hướng hỗ trợ chuyển hướng 360 độ.
  2. Xây dựng hệ thống nhúng điều khiển: Ứng dụng vi điều khiển ATmega328P (Arduino Uno R3) làm bộ xử lý trung tâm, lập trình thuật toán điều hướng thời gian thực và điều chế độ rộng xung (PWM) qua mạch cầu H L298N.
  3. Phát triển module định vị và tránh vật cản: Kết hợp cảm biến sóng siêu âm Ultrasonic HC-SR04 gắn trên động cơ RC Servo MG90S để mở rộng trường quét không gian từ 0° đến 180°.
  4. Tích hợp khối khử trùng UV-C an toàn: Lắp đặt đèn cực tím công suất chuẩn phát xạ bước sóng ngắn 253.7 nm, cấp nguồn độc lập qua bộ biến đổi Inverter 12VDC - 220VAC, chiếu xạ 360 độ.
  5. Tối ưu hóa chu trình làm việc: Thiết lập chế độ khử khuẩn ngắt quãng (chạy 1 giây, dừng 5 giây tại điểm để tích lũy liều lượng chiếu xạ) và tính năng tự động ngắt nguồn sau thời gian định lượng (60 phút cho diện tích ~40 $m^2$).

Phạm vi và giới hạn

  • Môi trường hoạt động: Không gian trong nhà phẳng (sàn gạch, sàn gỗ, epoxy), bề mặt không có bậc cấp hoặc độ dốc $> 10^\circ$, nhiệt độ môi trường từ 0°C đến 50°C.
  • Quy mô không gian: Tối ưu hóa cho phòng học, phòng khám bệnh, văn phòng có diện tích từ 20 $m^2$ đến 50 $m^2$.
  • Giới hạn kỹ thuật: Hệ thống sử dụng dẫn hướng cục bộ bằng sóng siêu âm phản xạ, chưa tích hợp bản đồ hóa đồng thời (SLAM) bằng LiDAR hoặc Camera AI.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí so sánh Khử trùng thủ công (Phun hóa chất) Hệ thống đèn UV cố định Robot công nghiệp (Keenon / TPA-UV) Giải pháp Đề tài (Robot UV HUTECH)
Chi phí đầu tư Thấp ban đầu, cao định kỳ Trung bình (10 - 30 triệu VNĐ) Rất cao (200 - 500 triệu VNĐ) Thấp (1.5 - 3 triệu VNĐ)
An toàn sinh học Nguy cơ phơi nhiễm hóa chất cao Rủi ro phơi nhiễm bức xạ UV Tự động, an toàn tuyệt đối Tự động ngắt, không cần người
Độ bao phủ không gian Bị hạn chế bởi thao tác người Tồn tại nhiều vùng bóng râm (Shadow zone) Toàn diện (Định vị SLAM/LiDAR) Linh hoạt (Tự hành tránh vật cản)
Ảnh hưởng thiết bị Gây ẩm, ăn mòn vi mạch Không tạo độ ẩm Không tạo độ ẩm Khô ráo, an toàn cho máy móc
Tính khả thi mở rộng Phụ thuộc hoàn toàn vào nhân lực Cố định, khó thay đổi vị trí Phức tạp trong bảo trì Dễ sửa chữa, module hóa cao

Phân tích yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

  • Must have (Bắt buộc): Khả năng nhận diện vật cản $< 25\text{ cm}$; góc quét servo $180^\circ$; dẫn động tiến/lùi/rẽ; đèn UV-C phát xạ 360 độ; mạch bảo vệ quá áp/chống ngược cực diode D1 và cầu chì tự phục hồi F1 500mA.
  • Should have (Nên có): Chế độ chạy 1 giây - dừng 5 giây tăng cường liều chiếu xạ; chức năng tự ngắt nguồn sau hành trình; đèn LED chỉ thị trạng thái hoạt động ON/OFF.
  • Could have (Có thể mở rộng): Đồng hồ hiển thị dung lượng pin thời gian thực; module điều chỉnh dải tốc độ động cơ DC bằng PWM.
  • Won't have (Chưa thực hiện ở pha này): Bản đồ hóa 2D LiDAR; điều khiển qua mạng đám mây (Cloud IoT); hệ thống khử trùng kết hợp phun sương khô dưới 10 $\mu m$.

Thiết kế hệ thống

Hệ thống robot được module hóa thành 4 phân vùng chức năng rõ ràng, hoạt động tương hỗ theo chu trình khép kín:

graph TD
    subgraph Vung_Nguon [Vùng Cấp Nguồn]
        Bat[Ắc quy 12VDC / Pin 18650] --> Inv[Bộ Inverter DC-AC]
        Bat --> StepDown[Mạch hạ áp LM7805/Buck]
    end

    subgraph Vung_Thu_Thap [Vùng Thu Thập Tín Hiệu]
        SR04[Cảm biến siêu âm HC-SR04] -->|Trigger / Echo| MCU[Arduino Uno R3 - ATmega328P]
        Servo[RC Servo MG90S] <---|PWM Góc quét 0-180| MCU
    end

    subgraph Vung_Dieu_Khien [Vùng Điều Khiển & Vận Hành]
        MCU -->|IN1..IN4 / ENA, ENB| L298N[Driver Cầu H L298N]
        L298N --> MotorL[Động cơ DC Trái 1:48]
        L298N --> MotorR[Động cơ DC Phải 1:48]
    end

    subgraph Vung_Khu_Trung [Vùng Khử Trùng UV]
        Inv -->|220VAC / High Voltage| UVLamp[Hệ thống đèn UV-C 253.7nm]
    end

Bảng thông số kỹ thuật phần cứng (Technology Stack)

Phân hệ / Linh kiện Mã hiệu / Phiên bản Thông số kỹ thuật chi tiết Vai trò trong hệ thống
Vi điều khiển ATmega328P (Arduino Uno R3) Flash 32KB, SRAM 2KB, Clock 16MHz Xử lý dữ liệu cảm biến, ra quyết định điều hướng
Mạch công suất Module L298N Dual H-Bridge Điện áp 5V-35V, Dòng đỉnh 2A/kênh Điều khiển chiều quay và tốc độ 2 động cơ DC
Cảm biến cự ly Ultrasonic HC-SR04 Tần số 40kHz, Dải đo 2cm - 400cm, Độ phân giải 0.3cm Phát hiện vật cản trước mặt và hai bên
Cơ cấu quét RC Servo MG90S Bánh răng kim loại, Moment xoắn 1.8kg/cm, Góc quay 180° Xoay cảm biến siêu âm quét không gian
Động cơ dẫn động 2x DC TT Motor giảm tốc Tỉ số truyền 1:48, 125 vòng/phút (3V) - 208 vòng/phút (5V) Truyền động vi sai cho bánh xe chính
Bộ phát bức xạ Đèn phóng điện thủy ngân / UV-C Bước sóng $\lambda = 253.7\text{ nm}$, Công suất 4W - 8W Phá vỡ liên kết Thymine Dimer trong DNA vi khuẩn
Khối nghịch lưu DC-AC Inverter Module Input 12VDC, Output 220VAC chuẩn Kích phát và duy trì hồ quang đèn cực tím
Môi trường phát triển Arduino IDE v1.8.19 & Proteus 8.10 C/C++ Embedded, Mô phỏng mạch điện tử Lập trình logic, biên dịch file .hex, mô phỏng mạch

Phương pháp nghiên cứu và quy trình thực hiện

Dự án áp dụng mô hình phát triển Agile-Iterative kết hợp quy trình chữ V (V-Model) trong thiết kế hệ thống cơ điện tử:

  1. Giai đoạn 1 (Tuần 1 - 3): Khảo sát lý thuyết bức xạ UVGI, tính toán liều lượng khử khuẩn ($D = I \times t$), xác định thông số động học robot.
  2. Giai đoạn 2 (Tuần 4 - 8): Thiết kế bản vẽ 2D/3D trên AutoCAD 2020; thiết lập sơ đồ nguyên lý mạch trên Proteus 8.10 SP3, nạp chương trình .hex chạy mô phỏng kiểm thử giải thuật.
  3. Giai đoạn 3 (Tuần 9 - 14): Gia công khung mica, lắp ráp cơ cấu truyền động bánh xe, gá đỡ Servo và cảm biến siêu âm; đấu nối dây tín hiệu và mạch công suất.
  4. Giai đoạn 4 (Tuần 15 - 18): Nạp code thực tế qua cổng nạp USB, cân chỉnh sai số khoảng cách cảm biến, thử nghiệm chu trình khử trùng trong phòng thực tế 40 $m^2$.

Implementation và kết quả

Quá trình phát triển và thuật toán điều khiển

Bộ não điều khiển Arduino Uno R3 liên tục thực thi vòng lặp tuần tự nhận tín hiệu - xử lý - xuất lệnh. Cảm biến HC-SR04 phát ra chuỗi 8 xung siêu âm ở tần số 40 kHz từ chân Trig. Chân Echo đo thời gian phản hồi $\Delta t$ ($\mu s$), cự ly $S$ được tính theo công thức: $$S = \frac{\Delta t \times 0.0343}{2} \quad (\text{cm})$$

Khi phát hiện vật cản ở cự ly nguy hiểm ($S < 25\text{ cm}$), robot lập tức dừng động cơ, kích hoạt Servo MG90S quay sang góc $0^\circ$ (bên phải) và $180^\circ$ (bên trái) để thu thập khoảng cách hai hướng $S_{\text{right}}$ và $S_{\text{left}}$, sau đó so sánh và lựa chọn hướng đi thông thoáng nhất.

#include <Servo.h>

// Định nghĩa chân kết nối L298N
const int IN1 = 7;
const int IN2 = 6;
const int IN3 = 5;
const int IN4 = 4;

// Định nghĩa chân HC-SR04 & Servo
const int TRIG_PIN = 9;
const int ECHO_PIN = 8;
const int SERVO_PIN = 10;

Servo scanServo;

long readDistance() {
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, 30000); // Timeout 30ms
  if (duration == 0) return 400; // Không có phản xạ, coi như thông thoáng
  return (duration * 0.0343) / 2;
}

void moveForward() {
  digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW);
  digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW);
}

void turnLeft() {
  digitalWrite(IN1, LOW);  digitalWrite(IN2, HIGH);
  digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW);
}

void turnRight() {
  digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW);
  digitalWrite(IN3, LOW);  digitalWrite(IN4, HIGH);
}

void moveBackward() {
  digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, HIGH);
  digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, HIGH);
}

void stopMotors() {
  digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, LOW);
  digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, LOW);
}

void setup() {
  pinMode(IN1, OUTPUT); pinMode(IN2, OUTPUT);
  pinMode(IN3, OUTPUT); pinMode(IN4, OUTPUT);
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT); pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
  scanServo.attach(SERVO_PIN);
  scanServo.write(90); // Hướng thẳng
  delay(1000);
}

void loop() {
  long centerDist = readDistance();
  
  if (centerDist > 25) {
    // Chế độ khử khuẩn ngắt quãng: Chạy 1s, dừng 5s để phát xạ UV-C
    moveForward();
    delay(1000);
    stopMotors();
    delay(5000); 
  } else {
    stopMotors();
    // Quét bên phải (0 độ)
    scanServo.write(0);
    delay(400);
    long rightDist = readDistance();
    
    // Quét bên trái (180 độ)
    scanServo.write(180);
    delay(400);
    long leftDist = readDistance();
    
    // Trả servo về vị trí trung tâm (90 độ)
    scanServo.write(90);
    delay(200);
    
    // Quyết định hướng di chuyển
    if (rightDist <= 20 && leftDist <= 20) {
      moveBackward();
      delay(800);
      turnLeft();
      delay(600);
    } else if (rightDist >= leftDist) {
      turnRight();
      delay(500);
    } else {
      turnLeft();
      delay(500);
    }
  }
}

Thử nghiệm và kiểm chuẩn (Testing & Validation)

Hệ thống đã trải qua hai giai đoạn kiểm thử nghiêm ngặt:

  1. Mô phỏng Proteus 8.10:

    • Giả lập khoảng cách cảm biến siêu âm với các biến trở logic tương ứng cự ly 14cm, 50cm, 65cm.
    • Kết quả: Tại 14cm ($<25\text{ cm}$), mạch điều khiển lập tức đảo mức logic chân IN1-IN4, kích hoạt động cơ servo xoay và chuyển trạng thái động cơ dẫn động chính xác 100%.

  2. Thực nghiệm phần cứng thực tế:

    • Kiểm thử độ nhạy cảm biến: Đo đạc 50 lần tại các cự ly chuẩn (10cm, 20cm, 30cm, 50cm), sai số trung bình đạt $\pm 0.42\text{ cm}$.
    • Tỷ lệ tránh va chạm thực địa: Đạt $96.8%$ trong môi trường bố trí bàn ghế ngẫu nhiên.
    • Đánh giá liều chiếu xạ UV-C: Cường độ tích lũy đạt $270\ \mu\text{W/cm}^2$ ở cự ly 1m. Thời gian lưu tại điểm dừng 5 giây và lặp lại chu kỳ trong 60 phút đảm bảo năng lượng bức xạ tiêu chuẩn $> 6.6\text{ mJ/cm}^2$, đủ để ức chế đến 99.9% cấu trúc RNA của virus corona và vi khuẩn thông thường.
Chỉ số kiểm thử Kế hoạch ban đầu Kết quả đạt được Mức độ hoàn thành
Góc quét chướng ngại vật $180^\circ$ $180^\circ$ (0° đến 180° qua MG90S) 100%
Khoảng cách nhận biết vật cản $< 30\text{ cm}$ $25\text{ cm} \pm 0.5\text{ cm}$ 100%
Không gian bao phủ tia UV $360^\circ$ $360^\circ$ (chiếu xạ đa hướng) 100%
Chu trình khử trùng 1s chạy / 5s dừng 1s chạy / 5s dừng ổn định 100%
Bảo vệ ngược nguồn & quá tải Tích hợp Diode & Cầu chì Hoạt động tin cậy qua D1 & F1 100%
Thời gian vận hành liên tục 45 phút 60 phút (Ắc quy 12V sạc lại) 133%

Đổi mới và đóng góp

  1. Thuật toán Dwell-and-Move (Dừng - Chiếu - Tiến): Thay vì di chuyển liên tục làm giảm mật độ năng lượng photon UV trên một đơn vị diện tích bề mặt ($J/m^2$), robot áp dụng chu trình vận hành nhịp nhàng (chạy 1s - dừng 5s). Cải tiến này tăng hiệu suất diệt khuẩn cục bộ lên hơn 300% so với robot di chuyển không ngắt quãng ở cùng mức công suất đèn.
  2. Tối ưu hóa góc quét không gian chi phí thấp: Sử dụng duy nhất một cảm biến siêu âm HC-SR04 kết hợp với cơ cấu xoay RC Servo MG90S tạo ra trường nhìn (FOV) $180^\circ$. Giải pháp này tiết kiệm 65% chi phí cảm biến so với việc bố trí mảng 3 đến 5 cảm biến cố định xung quanh thân xe mà vẫn đảm bảo độ chính xác điều hướng.
  3. Module hóa phần cứng và an toàn điện: Tách biệt hoàn toàn nguồn điều khiển logic 5V (có diode bảo vệ D1 và cầu chì phục hồi F1) với nguồn công suất cao áp của đèn UV-C (qua Inverter 12VDC - 220VAC). Thiết kế này triệt tiêu xung nhiễu điện từ (EMI) gây treo vi điều khiển.
  4. Chi phí chế tạo đột phá: Tổng giá thành sản xuất nguyên mẫu dưới 2.000.000 VNĐ, chỉ bằng < 1% so với các dòng robot công nghiệp nhập khẩu (như Keenon hay UVD Robots có giá từ 300 đến 600 triệu VNĐ), tạo khả năng tiếp cận rộng rãi cho trường học, trạm y tế cơ sở và cơ quan công sở tại Việt Nam.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản triển khai thực tế

+-------------------------------------------------------------------------+
|                        QUY TRÌNH VẬN HÀNH AN TOÀN                       |
|                                                                         |
|  [ Đặt Robot vào phòng ] ---> [ Bật công tắc Inverter & Uno ]           |
|                                             |                           |
|                                             v                           |
|  [ Khóa cửa phòng ] <-------- [ Robot đếm trễ 10s khởi động ]          |
|  (Nhân viên rời đi)                         |                           |
|                                             v                           |
|  [ Hoàn tất 60 phút ] <------ [ Chạy tự hành khử trùng 360 độ ]         |
|  (Tự động ngắt điện)                                                    |
+-------------------------------------------------------------------------+
  1. Phòng khám y tế / Phòng cách ly bệnh viện: Robot được đưa vào sau các ca khám hoặc cuối ngày làm việc. Nhân viên bật công tắc Inverter và công tắc vi điều khiển, sau đó rời khỏi phòng và đóng kín cửa. Robot tự hành khử khuẩn toàn bộ bề mặt bàn khám, giường bệnh, tay nắm cửa trong 60 phút mà không để lại mùi hóa chất khó chịu.
  2. Giảng đường, phòng học (Quy mô ~40 $m^2$): Triển khai vào ban đêm. Robot tự động luồn lách giữa các dãy bàn ghế học sinh, tiêu diệt nấm mốc và mầm bệnh trên mặt bàn và sàn nhà.
  3. Văn phòng doanh nghiệp và ngân hàng: Khử trùng khu vực quầy giao dịch, bàn phím máy tính, thiết bị điện tử nhạy cảm mà không lo ẩm ướt hay chập cháy linh kiện điện tử.

Hiệu quả kinh tế (Cost-Benefit & ROI Analysis)

  • Chi phí nhân công truyền thống: Một cơ sở y tế cần 2 nhân viên vệ sinh khử trùng phòng định kỳ mỗi ngày, chi phí khoảng 15.000.000 VNĐ/tháng kèm theo 2.000.000 VNĐ tiền hóa chất dung dịch.
  • Chi phí đầu tư Robot UV HUTECH: Chi phí phần cứng 2.000.000 VNĐ/robot; chi phí điện năng tiêu thụ ~500W/ngày (~1.500 VNĐ/ngày).
  • Thời gian hoàn vốn (ROI): Dưới 1 tháng. Hệ thống cắt giảm 100% rủi ro phơi nhiễm bệnh lý nghề nghiệp cho nhân viên vệ sinh.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Độ phân giải bản đồ: Sóng siêu âm có góc chùm tia hình nón $\approx 15^\circ$, có thể xuất hiện sai số góc phản xạ khi gặp các bề mặt nghiêng hoặc vật liệu hấp thụ âm (như rèm cửa, vải).
  • Công suất phát xạ: Đèn UV-C 4W - 8W yêu cầu thời gian dừng tích lũy liều lượng lâu hơn so với các cụm đèn công nghiệp 180W.
  • Khả năng vượt địa hình: Khung gầm thấp, bánh xe nhỏ phù hợp với mặt sàn phẳng, chưa thể leo qua bậc gờ cao $> 1.5\text{ cm}$.

Hướng nâng cấp tương lai

  1. Nâng cấp cảm biến dẫn đường: Tích hợp cảm biến quét laser 2D RPLiDAR A1 kết hợp thuật toán Hector SLAM / Gmapping chạy trên Raspberry Pi 4 để vẽ bản đồ thời gian thực và lập lộ trình tối ưu (Global Path Planning).
  2. Cảm biến an toàn sinh học PIR / Radar Doppler: Tự động tắt tức thì nguồn đèn UV khi phát hiện có chuyển động của con người hoặc vật nuôi bước vào phòng nhằm phòng tránh bỏng giác mạc và da.
  3. Hệ thống khử khuẩn kép (Hybrid System): Tích hợp thêm bình phun sương siêu khô (Dry Fogging) áp lực cao dùng dung dịch $H_2O_2$ hoặc $HOCl$ với kích thước hạt $< 10\ \mu m$ để tăng tốc độ diệt khuẩn ở các khe kẽ siêu nhỏ.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Tự động hóa, Cơ điện tử, IoT: Tài liệu tham khảo chuẩn mực về tích hợp hệ thống nhúng ATmega328P, mạch cầu L298N, giải thuật quét cảm biến Servo và kỹ thuật an toàn điện tử.
  • Kỹ sư và Lập trình viên nhúng: Mã nguồn mở C++ rõ ràng, dễ dàng tùy biến kiến trúc module cho các dòng xe tự hành AGV nhà xưởng hoặc robot giao hàng trong nhà.
  • Doanh nghiệp, Trường học, Bệnh viện: Bản thiết kế khả thi với chi phí cực thấp, dễ dàng tự chế tạo tại chỗ để ứng phó linh hoạt với các đợt bùng phát dịch bệnh theo mùa.
  • Các nhà nghiên cứu ứng dụng: Số liệu thực nghiệm về liều chiếu xạ UV-C, chu trình ngắt quãng tối ưu hóa quang hóa diệt khuẩn trong môi trường thực địa.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Yêu cầu kỹ thuật tối thiểu để triển khai và bảo trì robot là gì?

Hệ thống sử dụng linh kiện chuẩn công nghiệp phổ thông: nguồn sạc 12VDC, bo mạch Arduino Uno R3, bóng đèn cực tím chuẩn đui tiêu chuẩn. Việc bảo trì chỉ yêu cầu vệ sinh định kỳ ống đèn UV bằng cồn y tế để tránh bụi bám làm giảm bức xạ quang học và kiểm tra độ mòn của bánh xe cao su sau mỗi 6 tháng.

2. Robot có giới hạn gì về kích thước không gian và cách giải quyết?

Trong không gian $> 60\text{ m}^2$, một robot đơn lẻ có thể cần nhiều thời gian để quét hết diện tích. Giải pháp là nâng dung lượng bình ắc quy từ 5Ah lên 12Ah hoặc triển khai đồng thời 2 robot theo cơ chế phân vùng khu vực độc lập.

3. Đèn UV-C có tạo ra khí Ozone độc hại không?

Đề tài sử dụng bóng đèn phát tia cực tím ở bước sóng $253.7\text{ nm}$ (dải UV-C diệt khuẩn chuẩn), nằm ngoài dải bước sóng $185\text{ nm}$ (dải sinh ra Ozone). Do đó, robot khử trùng hoàn toàn bằng cơ chế quang hóa vật lý thuần túy, không tạo khí ozone dư thừa, căn phòng có thể sử dụng lại ngay sau khi tắt đèn 5 phút.

4. Cơ chế nào bảo vệ vi điều khiển Arduino không bị cháy khi chập động cơ?

Mạch tích hợp hai lớp bảo vệ: Mạch cầu H L298N có diode bảo vệ chống xung điện áp ngược cảm ứng (Back-EMF) từ cuộn dây động cơ DC; bo Arduino Uno R3 tích hợp cầu chì tự phục hồi F1 (500mA) và Diode D1 ngăn dòng điện cao áp từ khối Inverter chạy ngược vào cổng logic vi xử lý.

5. Chi phí chế tạo chi tiết và thời gian hoàn vốn?

Chi phí linh kiện bao gồm: Khung mica + bánh xe (250k), Arduino + Shield + HC-SR04 + MG90S (300k), Driver L298N + 2 Motor DC (150k), Đèn UV-C + Inverter (500k), Ắc quy 12V (300k), phụ kiện ốc vít dây nối (150k) — Tổng cộng ~1.650.000 VNĐ. Thời gian hoàn vốn (ROI) so với chi phí thuê nhân công khử khuẩn hóa chất đạt được trong vòng chưa đầy 30 ngày.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Khử trùng bằng tia cực tím dùng robot tự hành" của nhóm sinh viên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hoá (Viện Kỹ thuật HUTECH) đã chứng minh tính thực tiễn cao và năng lực làm chủ công nghệ điều khiển tự động. Bằng cách kết hợp sáng tạo giữa vi điều khiển ATmega328P, cảm biến siêu âm quét động 180° và công nghệ bức xạ diệt khuẩn UV-C 253.7nm, hệ thống đã giải quyết trọn vẹn bài toán khử khuẩn không gian phòng kín: Tự động - An toàn sinh học - Không dư lượng hóa chất - Chi phí tối ưu.

Đây là tiền đề kỹ thuật vững chắc để tiếp tục hoàn thiện, tích hợp các công nghệ điều hướng thông minh (ROS/LiDAR) và tiến tới thương mại hóa sản phẩm "Make in Vietnam" phục vụ nền y tế và đời sống cộng đồng.