Đề tài robot khử khuản

BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT-HUNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT KHỬ KHUẨN
ĐIỀU KHIỂN QUA MIT APP INVENTOR
Mã số: 22GV03ĐT010

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Duy Huấn
Thành viên tham gia:
ThS. Hồng Thị Nga
ThS. Ngơ Thị Châm

Hà Nội, Tháng 07/ 2023


BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT-HUNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT KHỬ KHUẨN
ĐIỀU KHIỂN QUA MIT APP INVENTOR
Mã số: 22GV03ĐT010

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Duy Huấn
Thành viên tham gia:
ThS. Hồng Thị Nga

ThS. Ngơ Thị Châm

Chủ nhiệm đề tài
(ký, ghi rõ họ tên)

Hà Nội, Tháng 07/ 2023


DANH SÁCH THÀNH VIÊN VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

STT
1
2
3

Họ và tên,
học hàm học vị
Nguyễn Duy Huấn
Thạc sỹ
Hoàng Thị Nga
Thạc sỹ
Ngô Thị Châm
Thạc sỹ

Đơn vị công tác
Khoa Điện, Điện tử. ĐHCN Việt – Hung.
Khoa Điện, Điện tử. ĐHCN Việt - Hung
Khoa Điện, Điện tử. ĐHCN Việt - Hung

MỤC LỤC

DANH SÁCH THÀNH VIÊN VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH ...................... 3
MỤC LỤC ......................................................................................................... 4
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................ 6
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU........................................................... 9
MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 10
Chƣơng 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Giới thiệu một số mô hình robot khử khuẩn .............................................. 13
1.1.1. Mơ hình robot khử khuẩn phịng cách ly................................................. 13
1.1.2. Mơ hình robot khử khuẩn bề mặt bằng tia cực tím.................................. 14
1.1.3. Mơ hình robot khử khuẩn Phenikaa-X .................................................... 15
1.2. Nền tảng phát triển robot khử khuẩn.......................................................... 16
1.3. Giới thiệu phần cứng ................................................................................. 16
1.3.1. Module điều khiển động cơ một chiều L298N ......................................... 16
1.3.2. Arduino Nano V3.0 ................................................................................. 17
1.3.3. Module bluetooth HC-06 ........................................................................ 18
1.3.4. Module hiển thị điện áp và mức pin acquy.............................................. 18
1.3.5. Động cơ servo MG996R ......................................................................... 19
1.3.6. Module hạ áp LM2596 ........................................................................... 19
1.3.7. Acquy ..................................................................................................... 19
1.3.8. Máy bơm áp suất mini ............................................................................ 20
1.3.9. Béc phun sương ...................................................................................... 20
1.3.10. Động cơ giảm tốc JGA25...................................................................... 21
1.3.11. Module Relay 5VDC 2 chế độ kích mức H/L......................................... 21
1.3.12. Máy xịt khuẩn tay tự động .................................................................... 22
1.4. Ứng dụng Mit App Inventor ...................................................................... 22
1.5. Phần mềm Adruino IDE ............................................................................ 23
Chƣơng 2. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
2.1. Thiết kế phần cứng .................................................................................... 24

2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................ 24
2.1.2. Tính tốn và thiết kế sơ đồ mạch ............................................................ 25
2.2. Thiết kế phần mềm .................................................................................... 34
2.2.1. Lưu đồ giải thuật chương trình chính ..................................................... 34
2.2.2. Lưu đồ thuật tốn di chuyển ................................................................... 35
2.2.3. Lưu đồ thuật toán điều khiển servo ......................................................... 35
2.2.4. Lưu đồ giải thuật chương trình con “tiến, lùi” ....................................... 36
2.2.5. Lưu đồ thuật tốn chương trình con “phải, trái”.................................... 37
2.2.6. Lưu đồ thuật tốn chương trình con “dừng” di chuyển .......................... 37
2.2.7. Lưu đồ thuật toán chế độ “tự động xịt hành lang” ................................. 37
2.3. Chế tạo ...................................................................................................... 38
2.3.1. Chế tạo phần cứng.................................................................................. 38
2.3.2. Chế tạo phần mềm ................................................................................. 42
2.4. Lập trình điều khiển................................................................................... 44
2.4.1 Code điều khiển ....................................................................................... 44
2.4.2. Cấu hình block Mit Inventor ................................................................... 47
Chƣơng 3. ĐÁNH GIÁ VÀ HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG SẢN PHẨM
3.1. Kết quả thực hiện đề tài ............................................................................. 49
3.1.1. Phần cứng của hệ thống điều khiển Robot .............................................. 49
3.1.2. Giao diện điều khiển trên App Mit Inventor ............................................ 51
3.2. Nhận xét, đánh giá ..................................................................................... 53
3.3. Hƣớng dẫn sử dụng sản phẩm.................................................................... 57
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI........................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 60


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Hình 1. 1. Mơ hình robot khử khuẩn phịng cách ly .......................................... 13
Hình 1. 2. Mơ hình robot khử khuẩn bề mặt bằng tia cực tím ........................... 14
Hình 1. 3. Mơ hình robot khử khuẩn Phenikaa-X ............................................. 15
Hình 1. 4. Module L298N ................................................................................. 17
Hình 1. 5. Arduino Nano V3.0 .......................................................................... 17
Hình 1. 6. Module Bluetooth HC-06 ................................................................. 18
Hình 1. 7. Module hển thị điện áp và mức pin acquy ........................................ 18
Hình 1. 8. Đơng cơ servo MG996R .................................................................. 19
Hình 1. 9. Module hạ áp LM2596..................................................................... 19
Hình 1. 10. Acquy 12V 5A ................................................................................ 20
Hình 1. 11. Máy bơm áp suất mini ................................................................... 20
Hình 1. 12. Béc phun sương ............................................................................. 20
Hình 1. 13. Động cơ giảm tốc JGA25 ............................................................... 21
Hình 1. 14. Module Relay 5VDC 2 chế độ kích mức H/L .................................. 21
Hình 1. 15.Thiết bị khử khuẩn tay tự động ....................................................... 22
Hình 1. 16.Mơ tả hoạt động của Mit Inventor .................................................. 23
Hình 1. 17. Giao diện phần mềm Arduino IDE ................................................. 23
Hình 2. 1. Sơ đồ khối của hệ thống ................................................................... 24
Hình 2. 2. Sơ đồ kết nối khối xử lý trung tâm.................................................... 25
Hình 2. 3. Động cơ JGA25 12V 60RPM ........................................................... 27
Hình 2. 4. Sơ đồ kết nối module L298N với khối xử lý trung tâm ...................... 27
Hình 2. 5. Sơ đồ kết nối khối giao tiếp với khối xử lý trung tâm ....................... 28
Hình 2. 6. Thiết kế khối phun khử khuẩn gồm 2 động cơ servo ......................... 29
Hình 2. 7. Sơ đồ nguyên lý khối phun khử khuẩn và khối điều khiển................. 29
Bảng 1. Thông số, giá trị các linh kiện sử dụng................................................ 30
Hình 2. 8. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn. ............................................................ 31
Hình 2. 9. Sơ đồ ngun lý tồn hệ thống ......................................................... 32
Hình 2. 10. khối nguồn của toàn hệ thống ........................................................ 33

Hình 2. 11. Lưu đồ chương trình chính............................................................. 34
Hình 2. 12. Lưu đồ thuật tốn di chuyển........................................................... 35
Hình 2. 13. Lưu đồ thuật tốn điều khiển servo ................................................ 36
Hình 2. 14. Lưu đồ đi tiến................................................................................. 36
Hình 2. 15. Lưu đồ đi lùi .................................................................................. 36
Hình 2. 16. Lưu đồ rẽ phải ............................................................................... 37
Hình 2. 17. Lưu đồ rẽ trái................................................................................. 37
Hình 2. 18. Lưu đồ dừng di chuyển .................................................................. 37
Hình 2. 19. Lưu đồ khử khuẩn hành lang.......................................................... 38
Hình 2. 20. Lưu đồ khử khuẩn phòng ............................................................... 38
Bảng 2. Danh sách các linh kiện sử dụng ......................................................... 38
Hình 2. 21. Sơ đồ mạch in 2D của mạch điều khiển chính ................................ 39
Hình 2. 22. Sơ đồ mạch in 3D của mạch điều khiển chính ................................ 39
Hình 2. 23. Mặt trước board mạch điều khiển chính ........................................ 40
Hình 2. 24. Jack nối giữa servo với boad mạch chính ...................................... 40
Hình 2. 25. Khu vực kết nối động cơ ................................................................ 41
Hình 2. 26. Bản vẽ hệ thống điều khiển của robot ............................................ 41
Hình 2. 27. Hệ thống điều khiển hồn chỉnh ..................................................... 42
Hình 2. 28. Tạo project trên Mit Inventor ......................................................... 42
Hình 2. 29. Kéo thả trên thanh cơng cụ ............................................................ 43
Hình 2. 30. Giao diện các khối điều khiển ........................................................ 43
Hình 2. 31. Xuất file cài ứng dụng .................................................................... 43
Hình 2. 32. Khối kết nối bluetooth. ................................................................... 47
Hình 2. 33. Khối di chuyển. .............................................................................. 47
Hình 2. 34. Khối kết servo phun khử khuẩn. ..................................................... 48
Hình 2. 35. Khối chế độ tự động. ...................................................................... 48
Hình 3. 1. Tổng thể ngoại hình robot................................................................ 49
Hình 3. 2. Cụm công tắc, cụm hiển thị và Jack sạc........................................... 50
Hình 3. 3. Vị trí lắp của board mạch chính, module L298 và máy bơm ............ 50
Hình 3. 4. Tổng thể bên trong robot ................................................................. 50

Hình 3. 5. Giao diện tồn màn hình điều khiển trên điện thoại của robot......... 51
Hình 3. 6. Giao diện danh sách bluetooth kết nối với robot trên điện thoại ...... 51
Hình 3. 7. Giao diện điều khiển thủ cơng trên app điện thoại của robot ........... 52
Hình 3. 8. Giao diện khi bật chế độ bơm tự động trên điện thoại ..................... 52
Hình 3. 9. Giao diện khi chạy tự động ở hành lang khi được bật trên app........ 52
Hình 3. 10. Giao diện chạy tự động trong phịng khi được bật trên app ........... 52
Hình 3. 11. Di chuyển trên hành lang từ vị trí A đến vị trí E. ........................... 53
Hình 3. 12. Các vị trí thử nghiệm trên hành lang ............................................. 53
Bảng 3. Số liệu thực nghiệm chế độ tự động ở hành lang của robot. ............... 54
Hình 3. 13. Bản vẽ đường di chuyển và thực nghiệm chế độ trong phòng ........ 55
Bảng 4. Số liệu thực nghiệm chế độ tự động ở trong phòng của robot.............. 55
Bảng 5. Bảng thực nghiệm chế độ điều khiển người điều khiển ........................ 56


THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Sản phẩm của đề tài là Robot khử khuẩn, điều khiển 2 chế độ: tự động và bằng
tay qua Mit App Inventor, điều chỉnh đƣợc góc phun và lƣu lƣợng thuốc, phần sát
khuẩn tay cho con ngƣời dùng bộ khử khuẩn hồng ngoại.
Đi kèm với sản phẩm là quyển báo cáo và hƣớng dẫn sử dụng sản phẩm.
Trong đó đƣa ra bảng dự trù vật tƣ thiết bị, quy trình lắp đặt, cài đặt và lập trình,
hƣớng dẫn vận hành robot khử khuẩn.


MỞ ĐẦU
Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nƣớc
Hiện nay, thế giới đang chứng kiến sự tàn phá nặng nề của COVID-19 về cả
kinh tế lẫn sức khỏe, thậm chí là cả tính mạng con ngƣời, do sức lây lan tăng nhanh
đến chóng mặt. Trƣớc tình hình khó khăn của các y bác sĩ khơng chỉ riêng cả nƣớc và

cũng nhƣ tồn thế giới trƣớc chủng virus vô cùng nguy hiểm mang tên COVID-19.
Nhiều giải pháp đã đƣợc đặt ra từ việc hạn chế tiếp xúc đến cách ly xã hội, một trong
số những giải pháp thiết yếu là vấn đề khử trùng tại các nơi công cộng, nơi tập trung
nhiều ngƣời nhƣ trƣờng học, các khu dân cƣ, sân bay đặc biệt là ở bệnh viện.
Hầu hết môi trƣờng bệnh viện có nhiều nguồn virus tiềm ẩn bao gồm các bề
mặt tiếp xúc, thiết bị, dụng cụ. Nhiều phƣơng pháp diệt khuẩn, khử trùng đƣợc đƣa
vào sử dụng sử dụng điển hình là dùng Ethanol 70o hoặc Isopropyl Alcohol 70o phun
trực tiếp trên bề mặt nhƣ trong đề tài “Robot khử khuẩn phịng cách ly” thuộc sản
phẩm trung tâm cơng nghệ của bệnh viện Quân Dân Y miền đông, sử dụng Isopropyl
từ 70- 80o để phun khử khuẩn trực tiếp bề mặt đồng thời thiết kế vi điều khiển trung
tâm Ardruino Nano, module SIM800C điều khiển cánh tay robot gắn các vòi phun
sƣơng phun thuốc diệt khuẩn, kết hợp với các module điều khiển động cơ giúp xe linh
động di chuyển [1].
Ngồi ra cịn có phƣơng pháp diệt khuẩn bằng tia cực tím UVC nhƣ trong đề
tài của nhóm Hứa Gia Thuận, Ngô Quang Trạng đã thiết kế thành công “Mô hình
robot khử khuẩn bề mặt bằng tia cực tím UVC” giúp phá hủy DNA trong vi khuẩn và
RNA trong virus, ngăn cản sự sinh sản và lây lan của chúng, đồng thời đề tài đã sử
dụng ESP32S có tích hợp wifi để ngƣời dung dễ dàng sử dụng khi áp dụng vào thực
tế và mơ hình robot này đã đang đƣợc thử nghiệm ở bệnh viện quận Thủ Đức [2].
Thêm một mơ hình khử khuẩn đƣợc thử nghiệm thành cơng của nhóm nghiên
cứu thuộc viện khoa học cơng nghệ trƣờng đại học Phenikaa “Robot phun khử khuẩn
tự hành Phenikaa-X” trong đề tài này đã kết hợp hai phƣơng pháp khử khuẩn bằng tia
cực tím UVC và hố chất khử khuẩn của học viện Phenikaa đang đƣợc sử dụng ở khu
cách ly tập trung ở Bắc Giang [3].
Việc áp dụng công nghệ cao trong cơng tác phịng chống dịch đã giúp giảm tải
lƣợng công việc cho đội ngũ bác sĩ và nhân viên y tế, cũng nhƣ hạn chế tối đa sự lây


nhiễm của virus. Nhƣng bên cạnh đó giá thành của một robot máy phun thuốc khử
khuẩn khá cao, thao tác cần qua nhiều quy trình phức tạp.

Tính cấp thiết của đề tài
Nhằm giúp đỡ một phần nào những khó khăn trong cơng tác phịng chống dịch
bệnh tại nơi làm việc của giảng viên trong nhà trƣờng. Nhóm tác giả đi đến nghiên
cứu, thiết kế và chế tạo Robot khử khuẩn phục vụ cho khu làm việc của giảng viên
khoa Điện - Điện tử của trƣờng ĐHCN Việt - Hung.
Robot khử khuẩn sử dụng vi điều khiển trung tâm là kit Adruno Nano ATmega
328P, module điều khiển động cơ L298N, module bluetooth HC06, module giảm áp
LM2596 và các động cơ DC. Để nâng cao tính thực tế, nhóm đã thiết kế robot với 2
phƣơng án điều khiển là tự động và thủ công trên ứng dụng điện thoại thông minh
giúp cho ngƣời dùng dễ dàng sử dụng, thuận tiện hơn trong việc điều khiển.
Mục tiêu

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo robot khử khuẩn bề mặt trong và ngồi
phịng làm việc điều khiển tự động hoặc bằng tay qua Mit App Inventor và khử
khuẩn tay cho con ngƣời bằng cảm biến hồng ngoại.
Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu
- Cách tiếp cận: Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế và chế tạo sản phảm phục vụ xã hội.
- Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
+ Phƣơng pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Sử dụng phƣơng pháp nghiên
cứu lý thuyết trên cơ sở vận dụng các kết quả nghiên cứu của các cơng trình trong và
ngồi nƣớc.
+ Phƣơng pháp mơ hình hóa: Dựa trên các nghiên cứu lý thuyết về thiết bị và
phần mềm ứng dụng để thiết kế và chế tạo sản phẩm.
- Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn
+ Phƣơng pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm: Rút kinh nghiệm từ thực tế xã
hội, từ giảng dạy các học phần thực hành điện, điện tử. Kết hợp tìm hiểu kết quả các
cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nƣớc để chế tạo sản phẩm.
+ Phƣơng pháp thực nghiệm khoa học: Thiết kế, chế tạo và đánh giá chất lƣợng
sản phẩm, hƣớng dẫn lắp đặt, sử dụng sản phẩm.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Mơ hình robot khử khuẩn, cơng nghệ chế tạo robot,
các thiết bị phần cứng, phần mềm lập trình và điều khiển động cơ một chiều, động cơ
servo, cách sử dụng và thiết kế giao diện điều khiển trên MIT app inventor.
- Phạm vi nghiên cứu: tại khoa Điện - Điện tử trƣờng ĐHCN Việt Hung.
Nội dung nghiên cứu
- Chƣơng 1. Cơ sở lý thuyết
- Chƣơng 2. Tính tốn, thiết kế, chế tạo và lập trình điều khiển
- Chƣơng 3. Đáng giá sản phẩm và hƣớng dẫn sử dụng


Chƣơng 1.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Giới thiệu một số mô hình robot khử khuẩn
Hiện nay xe phun khử khuẩn mang tính cơng nghệ cao chƣa đƣợc áp dụng và
phổ biến rộng rãi. Hầu hết những công việc khử khuẩn, phun thuốc đƣợc thực hiện
bằng sức lao động của con ngƣời là chính nhƣng hiệu suất cơng việc chƣa cao. Do đó,
việc chế tạo sản phẩm robot khử khuẩn mang tính thiết thực để vận dụng vào thực tế
với hiệu quả cao, đồng thời giảm sức lao động và tác nhân gây hại cho con ngƣời từ
hóa chất là một điều cần thiết trong thời đại công nghệ 4.0 hiện nay. Vì vậy nhóm đã
khảo sát một số sản phẩm mang tính cơng nghệ mới đƣợc áp dung trên thị trƣờng để
đúc kết và lựa chọn các phƣơng án phù hợp cho đề tài.
1.1.1. Mơ hình robot khử khuẩn phịng cách ly
Nhận thấy sự xuất hiện và lây lan mạnh mẽ của covid 19, công tác khử khuẩn
càng đƣợc chú trọng nghiêm ngặt hơn đặc biệt là ở các khu cách ly điều trị ở bệnh
viện, trƣờng học và các nơi cơng cộng. Với mục tiêu trên, các nhóm nghiên cứu đã
thiết kế ra mơ hình robot khử khuẩn phịng cách ly chuyên làm công việc khử trùng,
diệt khuẩn ở các khu có nguy cơ lây nhiễm cao nhầm đảm bảo an tồn cho các nhân
viên y tế.

Hình 1. 1. Mơ hình robot khử khuẩn phịng cách ly
Mơ hình sử dụng vi điều khiển trung tâm Arduino Nano và module SIM800C.
Điều khiển cánh tay robot gắn các vòi phun sƣơng phun thuốc diệt khuẩn. Sử dụng
cảm biến E18-D80N để phát hiện vật cản kết hợp với mạch cầu VNH2SP30 điều khiển
động cơ quay thuận nghịch giúp xe di chuyển linh động. Tất cả các hoạt động của
robot đều đƣợc điều khiển từ xa qua Flysky hoặc điều khiển trên giao diện web của
máy tính. Trong đó, ƣu điểm của mơ hình này ngồi khả năng chính là phun khử


khuẩn còn đƣợc kết hợp thêm các chức năng lau sàn nhà, vận chuyển thuốc và tự động
khử khuẩn mình bằng dung dịch isopropyl 70%, hydrogen trƣớc khi ra khỏi phòng
cách ly. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của robot là khả năng phản hồi chƣa tốt, cấu tạo khung
bằng thép nên có trọng lƣợng lớn, ngoại hình khá cồng kềnh khó di chuyển ở khu vực
nhỏ hẹp [1].
1.1.2. Mơ hình robot khử khuẩn bề mặt bằng tia cực tím
Cơng việc khử khuẩn dù đƣợc bảo hộ kỹ lƣỡng nhƣng vẫn có nguy cơ lây
nhiễm rất cao. Đề tài này nhằm mục đích thiết kế và chế tạođƣợc mơ hình robot diệt
khuẩn bề mặt bằng tia cực tím UVC, đƣa ra nhiều giải pháp pháp triển giúp thuận lợi
hơn trong việc làm giảm sự lây lan của virus.

Hình 1. 2. Mơ hình robot khử khuẩn bề mặt bằng tia cực tím
Mơ hình robot sử dụng kit EPS32S tích hợp sẵn module wifi làm khối xử lý
trung tâm có chức năng truyền và nhận dữ liệu từ cảm biến HCSR04, cảm biến hồng
ngoại để tránh vật cản. Robot sử dụng động cơ giảm tốc GA25 với tốc độ di chuyển
10cm/s và trang bị thêm 3 bóng đèn diệt khuẩn UVC giúp tăng khả năng diệt khuẩn
lên đến 99%.
Trong đó ƣu điểm của mơ hình robot này là có thể hoạt động ở 2 chế độ bao
gồm: chế độ thủ công điều khiển qua app Blynk trên điện thoại và chế độ tự động đƣợc
di chuyển theo quỹ đạo zizac giúp né tránh những chƣớng ngại vật mà robot phát hiện

trên đƣờng đi. Tuy nhiên, mơ hình vẫn cịn một số khuyết điểm nhƣ ứng dụng phản
hồi chậm, thao tác di chuyển chƣa chính xác. Đồng thời việc khử khuẩn bằng tia cực
tím UVC phải đảm bảo khơng có ngƣời xung quanh để tránh những tác hại do loại tia
này gây ra cho da và mắt [2].


1.1.3. Mơ hình robot khử khuẩn Phenikaa-X
Việc khử khuẩn ở các bề mặt tiếp xúc hiện nay hầu hết đều sử dụng chất khử
trùng nhƣ cồn isopropyl 70%, clo hoạt tính nồng độ 0.1%, hoặc bằng tia tử ngoại, tia
bức xạ.
Đề tài này nhằm mục đích thiết kế và chế tạođƣợc mơ hình robot tự hành khử
khuẩn vừa bằng tia cực tím UVC vừa kết hợp dung dịch diệt khuẩn.

Hình 1. 3. Mơ hình robot khử khuẩn Phenikaa-X
Mơ hình robot sử dụng vi điều khiển kit ESP32 làm khối điều khiển trung tâm.
Sử dụng cơng nghệ dị line 2 đầu MLSE có độ ổn định cao để robot di chuyển tự động.
Điều khiển từ xa bằng sóng RF ở khoảng cách 100m khi khơng có vật cản và
trung bình 20m khi có vật cản bằng phần mềm đƣợc cài đặt trên điện thoại hoặc máy
tính bảng.
Trong đó ƣu điểm chính là sử dụng đèn cực tím UVC 270W bố trí 360o kết
động vịi phun hóa chất giúp dễ dàng tiêu diệt virus ở các khoảng cách khác nhau.
Ngồi ra cịn sử dụng máy quét laser để phát hiện ngƣời xâm nhập vào khu vực làm
việc của robot và sẽ tắt đèn UVC cũng nhƣ vịi phun hóa chất ngay lập tức, điều này
để đảm bảo an tồn trong q trình diệt khuẩn.
Tuy nhiên, nhƣợc điểm của robot là chỉ di chuyển đƣợc trên tuyến đƣờng cố
định có đặt sẵn đƣờng line, trƣờng hợp khi có nhiều robot khác nhau thì việc sử dụng
đƣờng line sẽ trở nên phức tạp hơn. Hơn nữa, sau một thời gian sử dụng chất lƣơng
đƣờng line sẽ bị bong tróc, hỏng hóc và cần phải thay thế [3].

1.2. Nền tảng phát triển robot khử khuẩn
Robot thƣờng đƣợc thiết kế, chế tạo bằng các vật liệu kim loại, nhựa và hợp
kim khác có độ bền rất cao. Đặc điểm quan trọng nhất của một robot khử khuẩn là khả
năng tiêu diệt vi khuẩn trên bề mặt của vật thể. Với sự kết hợp các vi điều khiển, các
loại cảm biến, module và động cơ tạo nên robot với khả năng di chuyển và khử khuẩn.
- Ưu điểm:
+ Robot có thể vận hành điều khiển từ xa qua điện thoại, máy tính bảng.
+ Hạn chế sử dụng sức lao động.
+ Tránh tiếp xúc với các bề mặt, các nguồn có nguy cơ lây nhiễm.
+ Phun thuốc khử khuẩn diệt virus lên đến 99%, giảm đƣợc việc tiếp xúc trực tiếp
hóa chất.
- Nhược điểm:
+ Hầu hết các loại robot đều gặp khó khăn trong di chuyển việc di chuyển ở các
địa hình gồ ghề nhƣ các sƣờn dốc, đƣờng đá dăm, bậc cửa thấp.
+ Việc khử khuẩn chƣa tối ƣu ở các khu vực có khơng gian nhỏ hẹp, nhiều vật cản.
+ Việc điều khiển và tinh chỉnh vẫn cần sự trợ giúp của con ngƣời.
Kết hợp với những ƣu nhƣợc điểm trên của các loại robot, nhóm đƣa ra nền tảng
phát triển cho robot nhƣ sau:
+ Di chuyển bằng bánh xích: phân bố lực đều ở bánh trƣớc và sau mang lại độ ổn
định cao trong di chuyển, di chuyển tốt hơn ở môi trƣờng gồ ghề.
+ Phƣơng thức xịt khuẩn bằng bơm áp suất: mang lại hiệu suất cao hơn, phạm vi
diệt khuẩn rộng hơn và thời gian rút ngắn hơn.
+ Tạo ứng dụng điều khiển qua MIT inventor mang lại sự ổn định và khả năng
phản hồi tốt nhất.
1.3. Giới thiệu phần cứng
1.3.1. Module điều khiển động cơ một chiều L298N
Module L298N là một module chứa IC L298 đã đƣợc tích hợp sẵn mạch cầu H
thƣờng đƣợc sử dụng để điều khiển tốc độ và hƣớng của động cơ nhƣ xe điều khiển,
xe tự hành, điều khiển tốc độ quạt hút, hộp số giảm tốc, động cơ bƣớc, động cơ
servo… Ngồi ra module cũng có thể dùng để kiểm soát độ sáng của các dự án chiếu

sáng nhƣ mảng led công suất cao. Cụ thể là dùng module này để điều khiển tốc độ
động cơ giảm tốc GA25 khi bánh xe robot di chuyển. Module này rất lý tƣởng cho các


ứng dụng để chế tạo robot. Dựa trên cơ sở đó, nhóm lựa chọn sử dụng module L298N
để thực hiện việc điều khiển tốc độ di chuyển chậm của robot.
Module L298N có chức năng điều khiển tốc độ và hƣớng của động cơ DC, sử
dụng nguồn cung cấp từ 5 - 35V, dịng cung cấp 0 - 36mA.
Module có khả năng điều khiển tối đa 2 động cơ DC. Module này cũng đƣợc sử
dụng trong đề tài [2] và [3] để điều khiển động cơ DC.

Hình 1. 4. Module L298N
1.3.2. Arduino Nano V3.0
Mạch điện Arduino Nano V3.0 ATmega328P là bản thu nhỏ của các dịng nhƣ
Arduino Uno, nhƣng nó có thiết kế nhỏ gọn, linh hoạt, tiện sử dụng cho các
Breadboard nhỏ, cũng nhƣ cho các Project địi hỏi tính nhỏ gọn.
Board mạch Arduino Nano V3 sử dụng chip Atmega328-AU nên có thêm 2
chân Analog A6, A7. Bên cạnh đó trên Board có sử dụng Opamp tự động chuyển
nguồn khi có điện áp cao hơn vào board. Một tính năng đáng chú ý nữa trên Arduino
Nano là sử dụng chip CH340 để giao tiếp và hạ giá thành sản phẩm.

Hình 1. 5. Arduino Nano V3.0
Arduino Nano là một boad mạch vi điều khiển sử dụng chip xử lý Atmega
328p, hoạt động ở điện áp 5V và có tổng cộng 36 chân. Về bộ nhớ Arduino Nano tích
hợp sẵn 32KB dung lƣợng bộ nhớ Flash, 2KB bộ nhớ SRAM và 1KB bộ nhớ
EEPROM.


Ƣu điểm chính của boad là giá thành rẻ, kích thƣớc nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng,
đi kèm với nhiều ứng dụng và chiếm ít khơng gian hơn so với các bo mạch arduino

khác. Mạch đƣợc sử dụng rộng rãi trong các đề tài nghiên cứu của sinh viên, các dự án
thực tế ảo, lập trình robot, hệ thống nhúng, tự động hóa và điện tử.
1.3.3. Module bluetooth HC-06
Module bluetooth HC-06 đƣợc thiết kế để thiết lập truyền thông dữ liệu không
dây tầm ngắn giữa hai vi điều khiển hoặc hệ thống. HC-06 là lựa chọn tốt nhất khi cần
liên lạc không dây khoảng cách ngắn và cũng đƣợc sử dụng trong đề tài.
Module này đƣợc sử dụng cho truyền bluetooth không dây dƣới 100 mét. Với
thiết kế nhỏ gọn, tiện lợi, giao tiếp với vi điều khiển chỉ bằng 2 chân (Tx và Rx),
module bluetooth HC06 sẽ giúp bạn thực hiện các dự án truyền dẫn và điều khiển từ
xa một cách dễ dàng. Khi kết nối với máy tính, HC-06 đƣợc sử dụng nhƣ 1 cổng COM
ảo, việc truyền nhận với COM ảo sẽ giống nhƣ truyền nhận dữ liệu trực tiếp với
UART. Module HC06 hoạt động ở điện áp từ 3.3 - 5V, dòng điện tiêu thụ 20 - 30mA.

Hình 1. 6. Module Bluetooth HC-06
1.3.4. Module hiển thị điện áp và mức pin acquy
Module hiển thị dung lƣợng pin acquy có ƣu điểm giúp bảo vệ phân cực ngƣợc
và sử dụng cho nhiều loại pin khác nhau: polymer lithium, pin axit chì, pin xe điện, pin
nickel-hydrogen và nhiều mục đích đo điện áp khác.
Module thƣờng đƣợc dùng trong thiết kế robot để hiển thị thông số pin và dung
lƣợng còn lại của pin chẳng hạn nhƣ đề tài [1] và [2]. Khoảng điện áp có thể đo đƣợc
của module là 10-60V.

Hình 1. 7. Module hển thị điện áp và mức pin acquy


1.3.5. Động cơ servo MG996R
Động cơ Servo MG996R là loại thƣờng đƣợc sử dụng nhiều nhất trong các thiết
kế robot hoặc điều hƣớng xe. Động cơ MG996R hoạt động ở điện áp từ 4.8 -7.2V có
lực kéo mạnh từ 9 - 11kg/cm với các khớp và bánh răng đƣợc làm hồn tồn bằng kim
loại nên có độ bền cao. Động cơ đƣợc tích hợp sẵn Driver điều khiển động cơ bên

trong theo cơ chế phát xung, quay góc nên rất dễ dàng sử dụng, có thể ghép nối các
servo với nhau qua các giá đỡ tạo thành cánh tay robot.

Hình 1. 8. Đông cơ servo MG996R
1.3.6. Module hạ áp LM2596
Module hạ áp LM2596 là một module đƣợc sử dụng để giảm điện áp đầu vào
và ổn định đầu ra từ nguồn điện lớn hơn xuống điện áp nhỏ. Điện áp đầu vào trong dải
từ 4,5V-40V, điện áp đầu ra điều chỉnh trong khoảng từ 1,5V - 37V. Dòng điện áp đầu
ra đạt 3A hiệu suất cao nhờ cơ chế băm xung ở tần số lên tới 150KHz. Trong quá trình
hoạt động LM2596 luôn đƣợc đặt trong các chế độ bảo vệ q nhiệt vào q dịng.

Hình 1. 9. Module hạ áp LM2596
1.3.7. Acquy
Acquy 12V/5A là hệ thống pin dự phòng cho bộ điều khiển và các hệ thống tín
hiệu khác và có thể dùng trực tiếp làm nguồn cho tồn hệ thống. Acquy đƣợc ứng
dụng khá rộng rãi trong hệ thống lƣu điện UPS, hệ thống thông tin liên lạc, hệ thống
đóng ngắt, các thiết bị cầm tay, hệ thống dự phịng dữ liệu máy tính, robot, xe điều
khiển.


Do tính tiện dụng nên việc lựa chọn acquy làm nguồn cho robot là rất phù hợp.

Hình 1. 10. Acquy 12V 5A
1.3.8. Máy bơm áp suất mini
Máy bơm tăng áp suất mini 12V với kích thƣớc nhỏ gọn và khơng tiêu tốn quá
nhiều điện năng tiêu thụ rất đƣợc ƣa chuộng sử dụng. Và là dịng máy cơng suất nhỏ,
dùng nguồn điện 12V, chủ yếu đƣợc ứng dụng để đáp ứng các nhu cầu cơ bản nhƣ
phun rửa xe, vệ sinh nhà cửa, phun xịt chuồng trại, xịt khuẩn...Nhƣ trong mẫu mơ hình
robot khử khuẩn phịng cách ly [1] cũng sử dụng bơm mini làm cơ cấu phun xịt khuẩn.

Hình 1. 11. Máy bơm áp suất mini
1.3.9. Béc phun sương
Béc phun sƣơng là loại béc khi tƣới sẽ tạo ra các hạt nƣớc nhỏ mịn, phân tán
đều trong khơng khí để tạo độ ẩm cho khu vực. Béc phun sƣơng có bán kính phun
trung bình từ 0.5m - 1.5m. Mục đích của việc sử dụng béc phun sƣơng là tạo độ ẩm
cho khu vực cần tƣới trong khoảng thời gian dài nên lƣu lƣợng thấp sẽ giúp tiết kiệm
nƣớc hơn.
Khi kết hợp với bơm áp suất sẽ cho ra hệ thống bơm phun sƣơng với độ bao
phủ bề mặt rất tốt. Mục đích của việc sử dụng béc phun sƣơng là tạo độ ẩm cho khu
vực cần phun trong khoảng thời gian dài nên lƣu lƣợng thấp sẽ tiết kiệm thuốc hơn.

Hình 1. 12. Béc phun sương


1.3.10. Động cơ giảm tốc JGA25
Động cơ DC giảm tốc JGA25 12V 60rpm có cấu tạo bằng kim loại cho độ bền
và độ ổn định cao, đƣợc sử dụng trong các mơ hình robot, xe, thuyền, hộp giảm tốc
của động cơ có nhiều tỉ số truyền giúp dễ dàng lựa chọn giữa lực kéo và tốc độ (lực
kéo càng lớn thì tốc độ càng chậm và ngƣợc lại). Động cơ sử dụng nguyên liệu chất
lƣợng cao (lõi dây đồng nguyên chất, lá thép 407, vòng tiếp xúc niken, nam châm từ
tính mạnh) cho sức mạnh và độ bền vƣợt trội hơn các loại giá rẻ trên thị trƣờng hiện
nay (sử dụng lõi dây nhơm, nam châm từ tính yếu).

Hình 1. 13. Động cơ giảm tốc JGA25
1.3.11. Module Relay 5VDC 2 chế độ kích mức H/L
Module 1 Relay 5VDC với opto cách ly nhỏ gọn, có opto và transistor
cách ly giúp cho việc sử dụng trở nên an toàn với board mạch chính,
Module chỉ bao gồm 1 relay với opto cách ly kích 5V đƣợc sử dụng để đóng
ngắt nguồn điện cơng suất cao AC hoặc DC, có thể chọn mức cao (1) hay mức thấp (0)
tùy ta setup phụ thuộc vào Jumper.

Tiếp điểm của module bao gồm 3 tiếp điểm NC (thƣờng đóng), NO (thƣờng
mở) và COM (chân chung) đƣợc cách ly hồn tồn với board mạch chính, ở trạng thái
bình thƣờng chƣa kích NC sẽ nối với COM, khi có trạng thái kích COM sẽ chuyển
sang nối với NO và mất kết nối với NC.

Hình 1. 14. Module Relay 5VDC 2 chế độ kích mức H/L


1.3.12. Máy xịt khuẩn tay tự động
Máy rửa tay tự động cảm ứng,phun cồn sát khuẩn thông minh, hoạt động tự
động không tiếp xúc máy rửa tay tự động cảm ứng KHÔNG cần chạm TRỰC TIẾP
vào máy chỉ cần đƣa tay gần khu vực miệng bình, máy sẽ tự động nhả 1 lƣợng dung
dịch vừa đủ để sát khuẩn, rất dễ dàng chỉ trong 0,25s với bộ phận cảm biến thông minh
siêu nhạy. Không tiếp xúc trực tiếp, không nhấn, khơng chạm tay vào bình chống
nhiễm chéo, thiết bị tự động nhận diện tay bạn để phun dung dịch sát khuẩn theo định
lƣợng đã cài đặt giúp đảm bảo an toàn vệ sinh, tránh lây nhiễm vi khuẩn gây bênh tại
nơi đơng ngƣời.

Hình 1. 15.Thiết bị khử khuẩn tay tự động
1.4. Ứng dụng Mit App Inventor
Cho đến thời điểm hiện tại thì đã có rất nhiều nền tảng lập trình phần mềm cho
smartphone với ngôn ngữ kéo thả đƣợc ra đời. Sau khi tham khảo đề tài [2], đề tài này
sử dụng app điều khiển Blynk để điều khiển và giám sát. Về mặt ƣu điểm ứng dụng
Blynk cung cấp API & giao diện ngƣời dùng cho các thiết bị và phần cứng đƣợc hỗ
trợ. Các giao diện đều đƣợc thiết kế sẵn dễ sử dụng, thao tác kéo thả trực tiếp trên giao
diện dễ dàng. Về nhƣợc điểm thì ứng dụng còn nhiều giới hạn và hạn chế khi sử dụng
gói miễn phí, tốc độ phản hồi chậm. Với ý muốn tự thiết kế một giao diện riêng và độ
phản hồi nhanh khi thao tác trên màn hình điện thoại, nên nhóm chọn Mit Inventor để
xây dựng app trên điện thoại thông minh để điều khiển và giám sát.
MIT App Inventor là một ứng dụng web nguồn mở ban đầu đƣợc cung cấp bởi

Google và hiện tại đƣợc duy trì bởi Viện Cơng nghệ Massachusetts (MIT). Mit App
Inventor là một nền tảng phát triển trực tuyến chạy bởi trình duyệt trên máy tính cho
phép nhà lập trình tạo ra các ứng dụng phần mềm cho hệ điều hành Android. Sau khi
tạo xong giao diện web ta có thể đƣa ứng dụng vào điện thoại bằng cách xuất các file


cài APK hoặc tải phần mềm MIT AI2 để mô phỏng trực tiếp. Nhờ vậy, có thể nhanh
chóng chuyển xnhóm trực tiếp kéo thả các giao diện trong thời gian thực.
Sơ đồ mô tả hoạt động của Mit Inventor đƣợc thể hiện nhƣ hình 1.15.

Hình 1. 16.Mơ tả hoạt động của Mit Inventor
1.5. Phần mềm Adruino IDE
Bản thân arduino là một một nền tảng mã nguồn mở bao gồm phần cứng và
phần mềm. Phần cứng bao gồm các board mạch đƣợc thiết kế với các cảm biến, linh
kiện (hiện nay đã có đến hơn 300000 bo mạch khác nhau đƣợc thƣơng mại). Cịn phần
mềm của arduino giúp ta có thể sử dụng các cảm biến, linh kiện ấy của arduino một
các linh hoạt tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Để lập trình cho các board mạch
Arduino chỉ cần download và cài đặt phần mềm soạn thảo code là Arduino IDE.
Arduino IDE đƣợc viết bằng ngơn ngữ lập trình Java là ứng dụng đa nền tảng.
Ngôn ngữ code cho các chƣơng trình của arduino là bằng C hoặc C++. Bản thân
arduino ide đã đƣợc tích hợp một thƣ viện phầm mềm thƣờng gọi là "wiring", từ các
chƣơng trình "wiring" gốc sẽ giúp thực hiện thao tác code dễ dàng hơn. Thƣờng đƣợc
sử dụng rất rộng rãi trong các dự án tự động, robot, xe tự hành để lập trình cho vi điều
khiển.

Hình 1. 17. Giao diện phần mềm Arduino IDE


Chƣơng 2.
TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

Trong chƣơng này, nhóm tiến hành tính tốn và thiết kế mơ hình robot khử
khuẩn với 2 chƣơng trình: khử khuẩn bề mặt và khử khuẩn tay cho ngƣời sử dụng.
- Khử khuẩn bề mặt có 2 chế độ: chế độ khử khuẩn tự động và chế độ khử
khuẩn thủ công, điều khiển bằng Mit app inventor cài đặt trên điện thoại.
- Khử khuẩn tay cho ngƣời sử dụng dùng cảm biến hồng ngoại.
Q trình tính tốn và thiết kế gồm: Thiết kế sơ đồ khối hệ thống và tính tốn
lựa chọn động cơ, thiết kế mạch, lập trình code điều khiển arduino và lập trình trên Mit
app inventor.
2.1. Thiết kế phần cứng
2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống
Để thuận tiện cho việc thiết kế cũng nhƣ điều khiển, giao tiếp. Nhóm đã chọn
phƣơng pháp thiết kế từng khối rồi kết nối chúng lại với nhau thành một hệ thống hoàn
chỉnh điều này giúp tiết kiệm thời gian nghiên cứu và đảm bảo hệ thống có thể đáp
ứng đƣợc những yêu cầu đã đề ra. Nhóm đã thiết kế sơ đồ khối của hệ thống bao gồm
5 khối: khối giao tiếp, khối xử lý trung tâm, khối di chuyển, khối khử khuẩn, khối
nguồn. Sơ đồ khối của hệ thống đƣợc mô tả nhƣ trong hình 2.1.

Hình 2. 1. Sơ đồ khối của hệ thống
Khối xử lý trung tâm là đầu não cho tồn hệ thống, khối có nhiệm vụ thu nhận
và xử lý các thông tin từ khối giao tiếp và truyền tín hiệu điều khiển tới khối di chuyển
và khối phun khử khuẩn.


Khối giao tiếp có chức năng tiếp nhận và kết nối thông tin từ ứng dụng điện
thoại thông qua giao thức bluetooth, sau đó trao đổi dữ liệu thu đƣợc với khối xử lý
trung tâm.
Khối di chuyển nhận tín hiệu điều khiển từ khối xử lí trung tâm để điều khiển
các động cơ phục vụ mục đích di chuyển theo lệnh lập trình sẵn.
Khối khử khuẩn nhận tín hiệu điều khiển từ khối xử lý trung tâm, điều khiển
máy bơm hoạt động và điều khiển servo quay.

Khối nguồn có chức năng cấp nguồn cho tồn hệ thống hoạt động.
2.1.2. Tính toán và thiết kế sơ đồ mạch
a) Thiết kế khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm là bộ phận quan trọng nhất của tồn hệ thống, có chức
năng thu thập, xử lý các tín hiệu, để thiết lập và điều khiển các khối cịn lại. Tồn bộ
hoạt động của hệ thống đƣợc thông qua khối xử lý trung tâm này.
Để xử lý một khối lƣợng tác vụ lớn, đầu tiên phải vừa nhanh vừa mạnh vừa
mang kích thƣớc nhỏ gọn nhất.
Đối với yêu cầu nhƣ trên, thị trƣờng có rất nhiều module khác nhau nhƣ
Arduino Uno, Adruno esp32, Adruno Mega.
Nhóm chọn board Arduino NANO ATmega 328p làm khối xử lý trung tâm vì
có kích thƣớc nhỏ gọn hơn, thông dụng trên thị trƣờng, độ ổn định tốt, giá thành hợp lý
và đáp ứng đủ đƣợc yêu cầu của hệ thống.
Sơ đồ kết nối của Arduino Nano với các ngoại vi thể hiện trong hình 2.2.

Hình 2. 2. Sơ đồ kết nối khối xử lý trung tâm