산업 환경에서의 거리 측정 및 위치 설정 솔루션

정확한 거리 측정은 산업 시스템에서 효율성과 안전을 보장합니다

M2M(기계 간) 및 H2M(인간-기계) 상호작용 간의 정확한 거리 측정을 활용함으로써, 특히 산업 자동화, 지능형 운송, 인간-로봇 협업 분야에서 안전성을 향상시킬 수 있습니다. 거리 측정 응용 분야에서는 일반적으로 초음파, 레이더, LiDAR(광 탐지 및 거리 측정), 초광대역(UWB)과 같은 기술이 사용됩니다. 이러한 기술은 미터 이하 또는 센티미터 수준의 측정 정확성을 제공할 수 있습니다. 기계 간 또는 사람 간의 거리를 실시간으로 측정함으로써 정밀한 위치 정보를 생성하고 알고리즘을 통해 처리할 수 있습니다.

산업 환경에서 충돌 방지 시스템은 매우 중요합니다. 자동화 장비와 로봇 간의 정확한 거리 측정은 충돌을 방지하고 안전한 작업을 보장할 수 있습니다. 또한, 기계 간의 정확한 거리 측정은 이동 경로를 최적화하여 불필요한 에너지 소비와 마모를 줄이고, 시스템 효율성과 안전성을 향상시키는 데 도움을 줄 수 있습니다.

인간이 로봇과 협력하는 환경에서는 안전이 최우선입니다. 거리 측정 기술을 사용하여 실시간으로 인간과 로봇 간의 거리를 모니터링함으로써, 시스템은 인간이 너무 가까이 감지될 경우 로봇을 자동으로 속도를 줄이거나 멈추게 하여 충돌을 방지할 수 있습니다. 또한, 거리 측정을 통해 위험 지역을 모니터링하여 인간 작업자가 실수로 위험한 작업 구역에 들어가지 않도록 할 수 있습니다.

현재 다중 센서 융합과 같은 여러 안전 접근법을 채택할 수 있습니다. 이는 다양한 거리 측정 기술과 센서 데이터(예: 카메라, 적외선 센서)를 결합하여 거리 측정의 신뢰성과 정확성을 향상시키고 안전성을 더욱 강화하는 방식입니다. 또는 인공지능과 머신러닝 알고리즘을 통해 거리 데이터를 분석하고 잠재적 위험을 예측하여 사고를 방지할 수 있는 조기 경고를 제공할 수 있습니다. 이러한 방법을 통해 M2M(기계 대 기계) 및 H2M(사람 대 기계) 간의 정확한 거리 측정 기능은 산업 시스템과 인간-로봇 협력에서 안전을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.

실시간 위치 추적 시스템은 작업장 안전과 운영 효율성을 향상시킬 수 있습니다

실시간 위치 시스템(RTLS)은 객체나 사람의 위치를 실시간으로 추적하고 모니터링할 수 있는 기술입니다. 이러한 기술은 안전 관리 및 작업 효율성 모니터링 분야에서 널리 사용됩니다. RTLS의 핵심 기술은 매우 다양합니다. 예를 들어, 초광대역(UWB) 기술은 높은 정밀도의 위치 추적을 제공할 수 있으며, 일반적으로 오차 범위가 수 센티미터 이내로 매우 작아 정밀한 추적이 요구되는 애플리케이션에 적합합니다. 반면, RFID(무선 주파수 식별) 시스템은 태그와 리더 간의 신호 전송을 통해 물품이나 사람의 위치를 추적하며, 일반적으로 낮은 정밀도의 위치 추적에 사용됩니다. Wi-Fi 위치 추적은 신호 강도 측정에 기반하여 기존 네트워크 인프라를 통해 배치 가능하지만 일반적으로 정확도는 낮은 편입니다.

반면에 블루투스 저에너지(BLE) 기술을 사용할 수 있습니다. BLE 비콘은 신호를 보내 위치를 파악함으로써 기기와 통신하며, 중간 정도의 정확성을 제공하고 저전력 환경에 적합합니다. 전 세계 위치 지정 시스템(GPS)은 실외 환경에 적합하지만, 실내에서는 성능이 떨어지고 더 많은 전력을 소비합니다. 추가적으로, 카메라 및 컴퓨터 비전 기술을 사용하여 객체나 사람의 위치를 감지하고 추적할 수 있는데, 주로 높은 정밀도가 요구되는 실내 응용에 사용됩니다.

RTLS는 다양한 용도로 사용될 수 있습니다. 작업자 안전 모니터링에서는 RTLS를 통해 작업장의 작업자 실시간 위치를 추적하여 위험 구역에 진입하지 않도록 할 수 있습니다. 작업자가 위험한 장비나 구역에 접근하면, 시스템은 경고를 발하거나 관련 장비를 자동으로 정지시킬 수 있습니다. 또한 긴급 상황에서는 RTLS를 이용해 작업자의 위치를 빠르게 파악하고 구조 팀을 안내하여 신속히 대응할 수 있습니다. 더 나아가, 작업자의 활동을 다양한 구역에서 분석함으로써 워크플로우를 평가하고 작업 할당을 최적화하며 시간 낭비를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있습니다.

RTLS는 다양한 응용 분야를 가지고 있습니다. 노동자 안전 모니터링에서 RTLS는 작업장의 노동자 실시간 위치를 추적하여 위험 구역에 들어가지 않도록 할 수 있습니다. 노동자가 위험한 장비나 구역에 접근하면 시스템은 경고를 발령하거나 관련 장비를 자동으로 정지시킬 수 있습니다. 응급 상황에서는 RTLS가 신속하게 노동자의 위치를 파악하고 구조팀을 안내해 빠른 대응을 지원할 수도 있습니다. 또한, 노동자의 활동을 다양한 구역에서 분석함으로써 작업 흐름을 효율적으로 평가하고, 작업 할당을 최적화하며, 시간 낭비를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있습니다.

초광대역 기술은 안전하고 정밀한 거리 측정을 가능하게 합니다

UWB 기술은 라디오파 기반의 비행 시간(ToF) 기술을 활용하여 안전하고 정밀한 거리 측정을 수행합니다. 무라타는 NXP 기반의 UWB 모듈뿐만 아니라 Qorvo 및 Nordic 칩을 사용하는 UWB 모듈도 제조 및 개발하고 있습니다.

Murata의 Type 2BP는 초소형 UWB 모듈로, NXP의 Trimension SR150 UWB 칩셋, 클럭, 필터 및 주변 부품을 포함하여 일반 IoT 기기에 이상적입니다. 이 소형 UWB 모듈은 UWB 채널 5 및 9를 지원하며, SPI 인터페이스 및 3개의 안테나 지원(3D AoA 또는 2D AoA)을 제공합니다. 또한 FCC/CE 참조 인증을 통과하였습니다. 레진 몰딩 구조와 컨포멀 실딩이 결합되어 제작되었으며, 크기는 단 6.6 × 5.8 × 1.2 mm입니다. 전력 보정과 크리스탈 보정을 지원합니다.

Murata는 Type 2BP와 함께 사용하는 평가 보드 LBUA0VG2BP-EVK-P를 출시했습니다. 이 평가 보드는 Type 2BP 및 NXP QN9090(BLE 칩), USB-UART 컨버터 IC를 포함하며, USB 케이블을 통해 전원이 공급될 수 있습니다. QN9090은 PC의 COM 포트를 통해 Type 2BP를 제어할 수 있습니다. 이 개발 키트는 Apple®의 인증을 받아 U1 칩이 포함된 Apple 제품과 Apple의 Nearby Interaction 프레임워크를 사용하여 상호작용하는 UWB 지원 액세서리를 평가하는 데 사용됩니다.

NXP UWB 칩셋을 기반으로 한 또 다른 Murata UWB 모듈은 Type 2DK입니다. 이 모듈은 NXP의 Trimension™ SR040 UWB 칩셋, NXP의 QN9090 Bluetooth® LE 및 MCU 칩셋, 온보드 안테나와 주변 부품이 포함된 올인원 UWB-Bluetooth® LE 콤보 모듈로, 코인 배터리로 구동되는 UWB 태그/트래커뿐만 아니라 일반 IoT 기기에 이상적입니다. 또한 FCC/CE 참조 인증을 통과했습니다.

Murata는 Type 2DK와 함께 사용하는 LBUA2ZZ2DK-EVK 평가 키트도 제공합니다. 이 평가 키트에는 Type 2DK, UART-USB IC, SWD 포트 및 코인 셀 배터리 홀더가 포함되어 있습니다.

Murata의 Type 2AB 모듈은 초소형, 고품질, 저전력 소비를 특징으로 하는 UWB 모듈로 설계되어 작은 배터리로 구동되는 IoT 장치 및 애플리케이션에 이상적입니다. Type 2AB는 Qorvo QM33120W UWB 칩셋을 사용하며, 채널 5와 9을 지원하고 FCC/IC/TELEC 참조 인증을 통과했습니다. 이 모듈은 Nordic IC인 nRF52840를 통합하여 호스트가 필요 없는 모듈로 제공됩니다. 또한 UWB 활성화 및 펌웨어 업데이트를 위한 Bluetooth Low Energy 기능을 포함하고 있습니다. 탑재된 3축 센서는 배터리 소모를 줄이는 데 도움을 주며, UWB와 MCU를 위한 참조 클록이 내부에 내장되어 있습니다. Type 2AB는 시장에서 가장 작고 고도로 통합된 UWB 모듈로, CoB 솔루션 대비 75% 면적을 줄였습니다. 각 장치는 주파수, 송신 전력, 안테나 지연 시간에 대해 보정되어 있으며, 다중 안테나 설계 및 평가를 지원할 수 있습니다.

LBUA5QJ2AB-828EVB 평가 키트는 Murata의 UWB/Bluetooth 저에너지 모듈 Type 2AB용 평가 보드입니다. 이 보드는 Type-C USB 단자를 PC와 USB 인터페이스를 통해 연결하여 전원을 공급할 수 있으며, 시리얼 포트를 갖추고 있습니다. 고객은 시리얼 터미널을 통해 AT 명령을 입력하여 RF 성능을 평가할 수 있습니다. 고객이 모듈에 데모 펌웨어를 재프로그램하면 간단한 TWR 및 PDoA 기능 또한 평가할 수 있습니다.

거리 측정 및 위치 추적 애플리케이션용 Wi-Fi 및 Bluetooth 모듈

UWB 기술 외에도 Wi-Fi 및 Bluetooth 기술은 거리 측정 및 위치 지정 애플리케이션에 사용될 수 있습니다. Wi-Fi와 Bluetooth를 결합하면 인터넷에 직접 연결할 수 있어 IoT 제품을 위한 가장 유연한 무선 기술이 됩니다. 현재 Murata는 IEEE 802.11a, 11b, 11g, 11n, 11ac 2×2 MIMO 표준을 지원하는 다양한 Wi-Fi® 및 Bluetooth 모듈과 WLAN 및 Bluetooth® 4.1/4.2/5.0/5.1 BR/EDR/LE 통신에 적합한 2.4GHz 및 5GHz 대역을 제공합니다.

Murata의 Type 2AE는 Infineon의 CYW4373E 콤보 칩셋을 기반으로 한 고성능의 컴팩트 모듈로, Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac과 Bluetooth® 5.2 BR/EDR/LE를 지원합니다. Wi-Fi®에서는 PHY 데이터 속도가 최대 433Mbps까지 지원되며, Bluetooth®는 3Mbps의 PHY 데이터 속도를 제공합니다. WLAN 섹션은 SDIO v3.0 DDR50 인터페이스를 지원하며, Bluetooth® 섹션은 오디오 데이터를 위한 PCM과 고속 4-와이어 UART 인터페이스를 지원합니다. WLAN과 Bluetooth® 섹션 모두 USB 2.0 인터페이스를 지원합니다.

시스템 개발을 위해 소프트웨어는 NXP i.MX(Linux/FreeRTOS)에서 개발할 수 있습니다. RTOS 개발의 경우, Infineon의 WICED™ 개발 시스템을 활용하여 임베디드 기기에 무선 연결을 추가하는 데 소요되는 작업량을 크게 줄일 수 있습니다. SDK는 자원 제약이 있는 마이크로컨트롤러를 위한 네트워크 애플리케이션을 빠르게 생성할 수 있도록 개발자에게 도움을 제공합니다. 평가 도구 측면에서 Embedded Artists의 2AE M.2 모듈은 Linux 시스템에서 사용할 수 있습니다.

Murata의 Type 2EA는 Infineon의 CYW55573 콤보 칩셋을 기반으로 한 또 다른 소형 고성능 모듈입니다. 이 모듈은 Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax 2×2 MIMO 및 Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE를 지원합니다. Wi-Fi®는 최대 1.2 Gbps의 PHY 데이터 속도를 지원하며, Bluetooth®는 Legacy Bluetooth(EDR)에서 3Mbps, Bluetooth® LE에서 2Mbps의 PHY 데이터 속도를 지원합니다. WLAN 섹션은 PCIe v3.0 Gen 2 및 SDIO 3.0 인터페이스를 지원하며, Bluetooth® 섹션은 고속 4-와이어 UART 인터페이스와 오디오 데이터용 PCM을 지원합니다.

Type 2EA는 NXP i.MX Linux 및 NXP i.MX 플랫폼을 위한 Linux 드라이버/펌웨어를 지원하는 소프트웨어 구성도 제공합니다. Murata에서 권장하는 평가 하드웨어는 Embedded Artists의 2EA M.2 모듈입니다.

Type 1XL은 NXP의 88W9098 콤보 칩셋을 기반으로 설계된 컴팩트한 고성능 모듈로, Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax 2×2 MIMO 및 Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE를 지원합니다. Wi-Fi®는 PHY 데이터 속도가 1200Mbps이고 Bluetooth®는 3Mbps입니다. WLAN 섹션은 PCIe 2.0 인터페이스를 지원하며, 선택적으로 SDIO 3.0도 지원합니다. Bluetooth® 섹션은 고속 4-wire UART 인터페이스(선택적으로 SDIO 지원 가능)와 오디오 데이터를 위한 PCM을 지원합니다.

소프트웨어 개발은 NXP i.MX Linux의 구성에서도 지원됩니다. Murata는 평가용 하드웨어로 Embedded Artists의 1XL M.2 모듈을 권장합니다.

Murata의 Type 2DL은 NXP의 IW611 콤보 칩셋을 기반으로 한 소형 고성능 모듈로, Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax 및 Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE를 지원합니다. Wi-Fi®는 최대 601Mbps의 PHY 데이터 속도를 제공하며, Bluetooth®는 2Mbps의 PHY 데이터 속도를 제공합니다. WLAN 섹션은 SDIO v3.0 DDR50 인터페이스를 지원하며, Bluetooth® 섹션은 오디오 데이터를 위한 PCM과 고속 4-와이어 UART 인터페이스를 지원합니다.

Type 2DL 개발 소프트웨어는 NXP i.MX Linux에서 지원되는 구성을 포함하여 아직 준비 중입니다. Murata에서 권장하는 평가용 하드웨어는 Embedded Artists의 2DL M.2 모듈입니다.

결론

산업 환경이 점점 더 복잡해지고 자동화에 대한 수요가 증가함에 따라, 정밀 거리 측정 및 위치 추적 기술은 안전을 보장하고 생산 효율성을 개선하며 자원 관리 최적화를 실현하는 데 있어 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. Real-Time Location Systems (RTLS), 레이저 거리 측정 기술, Ultra-Wideband (UWB) 기술과 같은 고급 거리 측정 및 위치 추적 솔루션을 구현함으로써 기업은 운영 효율성을 크게 향상시킬 뿐만 아니라 지능형 관리에서 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다. Murata는 다양한 UWB 및 WiFi/Bluetooth 모듈을 생산하며, 거리 측정 및 위치 추적 사용 사례는 모듈 비즈니스보다는 "시스템/솔루션" 비즈니스에 속하지만, 산업 RTLS 응용 분야는 성장하는 시장이 될 것으로 예상됩니다. 맞춤화 필요성과 제한적인 확장 가능성을 고려할 때, Murata는 이 분야에 적극적으로 진출하기 위해 제3자 소프트웨어 및 제조업체와의 협력을 추진할 수 있습니다.