Robot de Désinfection UV Piloté par Arduino Mega : Système Germicide Télécommandé

Composants et fournitures

Arduino Mega 2560	×	1
Caméra FPV	×	1
Émetteur vidéo FPV	×	1
Récepteur vidéo FPV	×	1
Moniteur TFT Couleur	×	1
Radiocommande 4 canaux	×	1
Moteur DC à engrenages 30W	×	2
Driver double moteur VNH5019	×	1

Outils et machines nécessaires

• Perceuse, Tournevis

À propos de ce projet

Introduction au robot

Le Robot Ultraviolets Germicide (Robot UV) est un robot téléopéré équipé d'un système de lumière UV. Le système comprend un véhicule robot mobile et une station de contrôle au sol (GCS). L'opérateur contrôle le robot via le joystick de la GCS tout en observant le flux vidéo de la caméra embarquée.

Le robot désinfecte et tue maladies, virus, bactéries et autres micro-organismes nocifs dans l'environnement grâce à la lumière ultraviolette, en brisant leur structure ADN. Plusieurs pays ont testé ces robots avec succès pour désinfecter hôpitaux, transports publics, bureaux et lieux publics. Nous avons implémenté ce robot UV de manière économique pour étendre la désinfection aux lieux publics.

Pourquoi pas des liquides désinfectants ?

La méthode la plus courante est la pulvérisation de liquides désinfectants à 70% d'alcool. L'OMS a récemment annoncé que l'utilisation régulière de ces liquides dans les lieux publics est nocive : problèmes respiratoires dus aux odeurs fortes, irritations cutanées, déséquilibre environnemental. De plus, cette méthode engendre d'énormes coûts matériels et de main-d'œuvre quotidiens.

Avantages du Robot UV

• Coût unique (pas de recharge d'alcool ou de chlore).
• Peut désinfecter surfaces, combinaisons médicales, masques et équipements.
• Réduit le temps de désinfection de 60% par rapport aux méthodes liquides (temps de séchage élevé sur tissus).
• Utilisable dans des environnements avec équipements électroniques.
• Un seul opérateur peut couvrir une grande zone (pas besoin de plusieurs personnes comme pour les pulvérisations).
• Taux de désinfection prouvé de 99,997% en collaboration avec un laboratoire de microbiologie universitaire.

Irradiation Germicide Ultraviolette (UVGI)

L'UVGI utilise les UV à ondes courtes (UVC, 100-280 nm, principalement 254 nm) pour tuer ou inactiver les micro-organismes en détruisant leurs acides nucléiques et en perturbant leur ADN. Les lampes à mercure basse pression et les LEDs sont couramment utilisées.

Chaque micro-organisme nécessite une dose UV différente. Pour le Covid-19, la dose est souvent exprimée en J/m² ou J/cm². Les fabricants donnent l'intensité en µW/cm² à 1 mètre. La relation entre dose et intensité montre qu'on peut varier le temps d'exposition pour obtenir la dose souhaitée. L'intensité diminue avec la distance (loi en carré inverse). Selon Wikipedia, 8 mJ inactivent la plupart des virus.

Fonctionnement du robot

Le système comporte trois composants principaux :

1. Véhicule au sol : Deux roues motrices par moteurs DC à engrenages (robot à entraînement différentiel), deux roues folles avant/arrière pour l'équilibre. Électronique de contrôle et batterie 12V 35Ah plomb-acide à l'intérieur. Arduino Mega alimenté via régulateur de tension (12V→5V). Récepteur RC 4 canaux PWM connecté au Mega. Moteurs pilotés via driver double pont en H (VNH5019). Onduleur entre lampes UV et batterie, contrôlé par relais sur Arduino.
2. Tour UV : 6 ampoules UV fluorescentes (55W, 254 nm, 890 mm, 15 mm, culot 4 broches simple) autour d'un cylindre en aluminium (réflecteur). Ballasts électroniques à l'intérieur du cylindre. Caméra FPV et émetteur au sommet. Tour fixée sur le véhicule.
3. Station de contrôle au sol (GCS) : Écran affichant le retour caméra. Joystick pour déplacer le robot. Interrupteur UV pour allumer/éteindre les UV. Interrupteur d'armement (sécurité) coupant toutes les fonctions.

Alimentation des lampes UV

Les 6 ampoules UV (55W, 254 nm) nécessitent chacune un ballast électronique. L'onduleur convertit le 12V DC en 230V AC pour les ballasts. Nous avons utilisé un onduleur sinusoïdal modifié (70% rendement) de 1kW (marge de sécurité). L'interrupteur on/off de l'onduleur est remplacé par un relais commandé par l'Arduino.

⚠️ La lumière UV est nocive pour la peau et les yeux. Ne pas s'exposer longtemps. Observer à travers du verre est sûr car les UV ne traversent pas le verre transparent.

Système vidéo FPV

Les systèmes FPV (First Person View) sont utilisés dans les drones. Ici, ils simplifient la transmission vidéo sans programmation ni soudure complexe. Le robot a une caméra et un émetteur 5,8 GHz. La GCS a un écran LCD avec récepteur 5,8 GHz intégré. Une fois alimentés, le flux vidéo s'affiche.

Construction du véhicule au sol

Structure en tubes acier 0,75". Cadre accueillant deux moteurs, deux roues folles, espace pour batterie plomb-acide. Revêtement en panneaux. Schéma électronique joint. Canaux RC : Ch1 = UV, Ch2 = Armement, Ch3 = Avance/Recule, Ch4 = Gauche/Droite. Pins driver moteur sur Arduino 3-11. Onduleur avec chargeur intégré pour simplifier. Interrupteurs : mise sous tension système, UV, arrêt d'urgence (normes industrielles).

Construction de la tour UV

Feuille d'aluminium roulée en cylindre (15 cm diamètre). Deux disques de panneaux (30 cm) aux extrémités, percés trous 19 mm pour lampes. Ballasts fixés à l'intérieur par ruban double face. Système FPV au sommet, fils descendent par le cylindre.

Construction de la station de contrôle

Composants : Émetteur RC 2,4 GHz 4 canaux, Écran FPV, 2 interrupteurs à bascule, 1 interrupteur d'alimentation, Cellules 18650, Module BMS 3 cellules, Alimentation à découpage 12V 5A.

Modification de l'émetteur : retrait d'un joystick et ses deux potentiomètres, remplacés par les deux interrupteurs à bascule (armement et UV). LED indicatrice comme moniteur batterie. Alimentation GCS : 3 cellules 18650 en série (≈12V), 3 jeux en parallèle pour 3000 mAh, BMS pour protection. SMPS 12,8V pour charge.

Programmation

Lecture des entrées RC PWM via interruptions (bibliothèque PWM). Au démarrage : vérification tension batterie et que l'interrupteur UV est OFF. Surveillance batterie seulement quand robot immobile pour éviter fausses alertes lors des pics de courant moteurs. Contrôle driver moteur, buzzer, relais de manière standard.

Procédures d'exploitation

Mise sous tension

GCS : 1. Interrupteur principal ON. 2. Vérifier Armement et UV sur OFF (position basse).
Robot : 1. Interrupteur d'alimentation ON. 2. Attendre tonalité de démarrage. 3. Attendre tonalité « système OK ».

Contrôle du robot

1. Activer interrupteur Armement.
2. Bouger joystick pour déplacer le robot.
3. Activer interrupteur UV pour allumer les UV (ne fonctionne que si Armement est ON).

Indicateur de batterie

1. Au moins 4 barres clignotantes pour opérer.
2. Batterie faible : buzzer bip + 2 dernières barres clignotent.

Charge

1. Éteindre robot.
2. Éteindre GCS.
3. Brancher onduleur sur secteur (indicateur de charge intégré).

Considérations générales

1. Zones fréquentées : UV nocif pour yeux/peau à <3m pendant >60s. Mais UV ne traverse pas les milieux solides. Regarder à travers du verre transparent est sans danger.
2. Matériaux sensibles : Plastiques mous (jouets, emballages) très sensibles. Ne pas utiliser dans magasins de jouets, supermarchés. Mais sols de ces lieux peuvent être désinfectés.
3. Hôpitaux : UV efficace sur surfaces à haut contact rapidement. Équipements médicaux en plastiques durs (traité radiation fabrication) et acier inoxydable, masques N95 stérilisables. Efficacité sur médicaments non prouvée.
4. Zones d'ombre : UV se réfléchit comme la lumière visible. Zones non directement exposées reçoivent UV réfléchi. Zones très ombragées pas désinfectées (pareil pour liquides).
5. Autres : UV génère de l'ozone en espaces clos prolongés. Aérer 20 min après stérilisation.

Code

Code pour Arduino Mega : GitHub

Schémas

Fichier Fritzing : uv-x_Q9R5T59Q32.fzz