Soluciones de medición de distancia y posicionamiento en entornos industriales

La medición precisa de distancia garantiza eficiencia y seguridad en los sistemas industriales

Al utilizar la medición precisa de la distancia entre interacciones M2M (máquina a máquina) y H2M (humano a máquina), se puede mejorar la seguridad en varias aplicaciones, especialmente en la automatización industrial, el transporte inteligente y la colaboración humano-robot. Las aplicaciones de medición de distancia suelen usar tecnologías como ultrasónica, radar, LiDAR (detección y medición de luz) o banda ultraancha (UWB). Estas tecnologías pueden proporcionar precisión de medición a nivel de submetro o incluso de centímetros. Al medir la distancia entre máquinas o personas en tiempo real, se puede generar y procesar información de ubicación precisa mediante algoritmos.

En los entornos industriales, los sistemas de evitación de colisiones son cruciales. La medición precisa de la distancia entre equipos automatizados y robots puede prevenir colisiones y garantizar un funcionamiento seguro. Además, la medición precisa de la distancia entre máquinas puede ayudar a optimizar sus trayectorias de movimiento, reduciendo el consumo de energía innecesario y el desgaste, mejorando así la eficiencia y seguridad del sistema.

En entornos donde los humanos colaboran con robots, la seguridad es primordial. Al usar tecnología de medición de distancia para monitorear en tiempo real la distancia entre humanos y robots, el sistema puede reducir automáticamente la velocidad o detener el robot cuando se detecta que un humano está demasiado cerca, evitando colisiones. Además, la medición de distancia puede monitorear áreas peligrosas, asegurando que los operadores humanos no entren inadvertidamente en zonas de trabajo peligrosas.

Actualmente, se pueden adoptar múltiples enfoques de seguridad, como la fusión de múltiples sensores, que combina diversas tecnologías de medición de distancia y datos de sensores (por ejemplo, cámaras, sensores infrarrojos) para mejorar la fiabilidad y precisión de la medición de distancia, mejorando aún más la seguridad. Alternativamente, se pueden utilizar algoritmos de inteligencia artificial y aprendizaje automático para analizar datos de distancia, predecir peligros potenciales y emitir advertencias tempranas para prevenir accidentes. A través de estos métodos, la función precisa de medición de distancia entre M2M y H2M desempeña un papel crítico en garantizar la seguridad en sistemas industriales y la colaboración humano-robot.

Los sistemas de localización en tiempo real pueden mejorar la seguridad en el lugar de trabajo y la eficiencia operativa

Real-Time Location Systems (RTLS) are technologies capable of tracking and monitoring the location of objects or people in real-time. They are widely used in safety management and worker efficiency monitoring. The key technologies of RTLS are quite varied. For example, Ultra-Wideband (UWB) technology can provide high-precision positioning, with an error margin usually within a few centimeters, making it ideal for applications that require precise tracking. Alternatively, Radio Frequency Identification (RFID) systems track the location of items or people by transmitting signals between tags and readers, typically used for lower-precision positioning. Wi-Fi positioning can also be employed, based on signal strength measurements, which can be deployed over existing network infrastructures but typically offer lower accuracy.

Por otro lado, se puede utilizar la tecnología Bluetooth Low Energy (BLE). Los beacons BLE se comunican con dispositivos enviando señales para posicionamiento, proporcionando una precisión moderada y siendo aptos para escenarios de bajo consumo energético. El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es adecuado para entornos exteriores, aunque presenta un rendimiento deficiente en interiores y consume más energía. Además, se pueden usar cámaras y tecnología de visión por computadora para detectar y rastrear la ubicación de objetos o personas, generalmente para aplicaciones de alta precisión en interiores.

RTLS tiene una amplia gama de aplicaciones. En el monitoreo de seguridad de los trabajadores, RTLS puede rastrear la ubicación en tiempo real de los trabajadores en el lugar de trabajo para asegurar que no ingresen a áreas peligrosas. Si los trabajadores se acercan a equipos o áreas peligrosas, el sistema puede emitir advertencias o detener automáticamente el equipo relevante. En situaciones de emergencia, RTLS también puede ayudar a localizar rápidamente a los trabajadores y guiar a los equipos de rescate para una respuesta rápida. Además, al analizar la actividad de los trabajadores en diferentes áreas, se pueden evaluar los flujos de trabajo para eficiencia, optimizar la asignación de tareas, reducir el desperdicio de tiempo y mejorar la productividad.

RTLS tiene una amplia gama de aplicaciones. En el monitoreo de la seguridad de los trabajadores, RTLS puede rastrear la ubicación en tiempo real de los trabajadores en el lugar de trabajo para asegurar que no ingresen a áreas peligrosas. Si los trabajadores se acercan a equipos o áreas peligrosas, el sistema puede emitir advertencias o detener automáticamente el equipo relevante. En situaciones de emergencia, RTLS también puede ayudar a localizar rápidamente a los trabajadores y guiar a los equipos de rescate para una respuesta rápida. Además, al analizar la actividad de los trabajadores en diferentes áreas, se pueden evaluar los flujos de trabajo para mayor eficiencia, optimizar la asignación de tareas, reducir el desperdicio de tiempo y mejorar la productividad.

La tecnología Ultra-Wideband permite una medición de distancia segura y precisa

La tecnología UWB utiliza la tecnología Time of Flight (ToF) basada en ondas de radio para realizar mediciones de distancia seguras y precisas. Murata fabrica y desarrolla módulos UWB basados en NXP, así como módulos UWB que utilizan chips de Qorvo y Nordic.

El Type 2BP de Murata es un módulo UWB ultra compacto, que incluye el chipset Trimension SR150 UWB de NXP, reloj, filtros y componentes periféricos, lo que lo hace ideal para dispositivos IoT generales. Este módulo UWB de tamaño pequeño admite los canales UWB 5 y 9, con interfaz SPI y soporte para 3 antenas (3D AoA o 2D AoA). Ha pasado las certificaciones de referencia FCC/CE. Está fabricado con una estructura moldeada de resina combinada con un blindaje conformado, con dimensiones de solo 6.6 × 5.8 × 1.2 mm. Admite calibración de potencia y calibración de cristal.

Murata también lanzó la placa de evaluación LBUA0VG2BP-EVK-P emparejada con Type 2BP. La placa de evaluación presenta Type 2BP y NXP QN9090 (un chip BLE), un IC convertidor USB-UART, y puede ser alimentada a través de un cable USB. El QN9090 puede controlar Type 2BP a través del puerto COM de una PC. Este kit de desarrollo ha sido aprobado por Apple® para evaluar accesorios habilitados para UWB, que interactúan con productos de Apple que contienen el chip U1 utilizando el framework de Interacción Cercana de Apple.

Otro módulo UWB de Murata basado en chipsets UWB de NXP es el Tipo 2DK. Este es un módulo combinado todo en uno de UWB-Bluetooth® LE que incluye el chipset UWB Trimension™ SR040 de NXP, el chipset Bluetooth® LE y MCU QN9090 de NXP, antenas a bordo y componentes periféricos, lo que lo hace ideal para etiquetas/rastreadores UWB alimentados por baterías de celda de moneda, así como para dispositivos IoT en general. Y ha pasado las certificaciones de referencia FCC/CE.

Murata también ofrece el kit de evaluación LBUA2ZZ2DK-EVK emparejado con el Type 2DK. Este kit de evaluación incluye el Type 2DK, un IC UART-USB, un puerto SWD y un portapila para batería de botón.

El módulo Type 2AB de Murata está diseñado como un módulo UWB ultracompacto, de alta calidad y bajo consumo de energía, lo que lo hace ideal para dispositivos y aplicaciones IoT alimentados por batería pequeña. Type 2AB utiliza el chipset Qorvo QM33120W UWB, admite los canales 5 y 9, y ha pasado la certificación de referencia FCC/IC/TELEC. Integra un IC de Nordic—nRF52840, convirtiéndolo en un módulo sin host. También cuenta con Bluetooth Low Energy para activar UWB y actualizaciones de firmware. El sensor de 3 ejes integrado ayuda a ahorrar energía de la batería, y el reloj de referencia para UWB y MCU están embebidos. Type 2AB es el módulo UWB más pequeño y altamente integrado del mercado, reduciendo el área en un 75% en comparación con las soluciones CoB. Cada dispositivo está calibrado para frecuencia, potencia de transmisión y retraso de antena y puede admitir diseño y evaluación de múltiples antenas.

El kit de evaluación LBUA5QJ2AB-828EVB es una placa de evaluación para el módulo UWB/Bluetooth Low Energy Tipo 2AB de Murata. Puede ser alimentado conectando el terminal USB Tipo-C en la placa a un PC a través de una interfaz USB, y tiene un puerto serial. Los clientes pueden introducir comandos AT a través de un terminal serial para evaluar el rendimiento RF. Si los clientes reprograman el firmware de demostración en el módulo, también pueden evaluar funciones simples de TWR y PDoA.

Módulos Wi-Fi y Bluetooth para aplicaciones de rango y posicionamiento

Además de la tecnología UWB, las tecnologías Wi-Fi y Bluetooth también pueden usarse para aplicaciones de medición y posicionamiento. Cuando se combinan, Wi-Fi y Bluetooth también permiten la conexión directa a Internet, lo que la convierte en la tecnología inalámbrica más flexible para productos IoT. Actualmente, Murata ofrece una variedad de módulos Wi-Fi® y Bluetooth que soportan los estándares IEEE 802.11a, 11b, 11g, 11n y 11ac 2×2 MIMO, así como las bandas de 2.4GHz y 5GHz, adecuados para la comunicación WLAN y Bluetooth® 4.1/4.2/5.0/5.1 BR/EDR/LE.

El Type 2AE de Murata es un módulo compacto y de alto rendimiento basado en el chipset combo CYW4373E de Infineon, que admite Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac combinado con Bluetooth® 5.2 BR/EDR/LE. La velocidad de datos PHY en Wi-Fi® es de hasta 433Mbps, y Bluetooth® admite una velocidad de datos PHY de 3Mbps. La sección WLAN admite una interfaz SDIO v3.0 DDR50, y la sección Bluetooth® soporta una interfaz UART de 4 hilos de alta velocidad y PCM para datos de audio. Ambas secciones WLAN y Bluetooth® también admiten interfaces USB 2.0.

Para el desarrollo de sistemas, el software se puede desarrollar en NXP i.MX (Linux/FreeRTOS). Para el desarrollo de RTOS, se puede utilizar el sistema de desarrollo WICED™ de Infineon, lo que reduce significativamente la carga de trabajo al agregar conectividad inalámbrica a dispositivos integrados. El SDK permite a los desarrolladores crear rápidamente aplicaciones en red para microcontroladores con recursos limitados. En cuanto a las herramientas de evaluación, se puede usar el módulo 2AE M.2 de Embedded Artists en sistemas Linux.

Type 2EA de Murata es otro módulo compacto y de alto rendimiento basado en el chipset combinado CYW55573 de Infineon. Soporta Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax 2×2 MIMO y Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE. Wi-Fi® soporta una velocidad de datos PHY de hasta 1.2 Gbps, y Bluetooth® soporta una velocidad de datos PHY de 3Mbps en Bluetooth clásico (EDR) y 2Mbps en Bluetooth® LE. La sección WLAN soporta interfaces PCIe v3.0 Gen 2 y SDIO 3.0, mientras que la sección Bluetooth® soporta una interfaz UART de 4 hilos de alta velocidad y PCM para datos de audio.

El tipo 2EA también cuenta con configuraciones de software compatibles con NXP i.MX Linux y con controladores/firmware de Linux para la plataforma NXP i.MX. El hardware de evaluación recomendado por Murata es el módulo 2EA M.2 de Embedded Artists.

El tipo 1XL es un módulo compacto de alto rendimiento basado en el chipset combo 88W9098 de NXP, que soporta Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax 2×2 MIMO y Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE, con una velocidad de datos PHY de 1200Mbps en Wi-Fi® y 3Mbps en Bluetooth®. La sección WLAN soporta la interfaz PCIe 2.0, con soporte opcional para SDIO 3.0. La sección de Bluetooth® soporta una interfaz UART de 4 hilos de alta velocidad (soporte opcional para SDIO) y PCM para datos de audio.

El desarrollo de software también es compatible para configuraciones en NXP i.MX Linux. Murata recomienda el módulo 1XL M.2 de Embedded Artists para hardware de evaluación.

El Type 2DL de Murata es un módulo compacto y de alto rendimiento basado en el chipset combo IW611 de NXP, que admite Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax y Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE. Wi-Fi® ofrece una tasa de datos PHY de hasta 601Mbps, mientras que Bluetooth® proporciona una tasa de datos PHY de 2Mbps. La sección WLAN admite una interfaz SDIO v3.0 DDR50, y la sección Bluetooth® admite una interfaz UART de 4 hilos de alta velocidad y PCM para datos de audio.

El software de desarrollo para Type 2DL, con configuraciones compatibles en NXP i.MX Linux, todavía está pendiente. El hardware de evaluación recomendado por Murata es el módulo 2DL M.2 de Embedded Artists.

Conclusión

A medida que los entornos industriales se vuelven más complejos y aumenta la demanda de automatización, las tecnologías de medición y posicionamiento precisos están desempeñando un papel cada vez más importante en garantizar la seguridad, mejorar la eficiencia de producción y optimizar la gestión de recursos. Al implementar soluciones avanzadas de medición y posicionamiento, como los Sistemas de Localización en Tiempo Real (RTLS), la tecnología de medición por láser y la tecnología de banda ultraancha (UWB), las empresas no solo pueden mejorar significativamente la eficiencia operativa sino también obtener una ventaja competitiva en la gestión inteligente. Murata produce una variedad de módulos UWB y WiFi/Bluetooth, y si bien los casos de uso de medición y posicionamiento pertenecen al negocio de "sistemas/soluciones" en lugar del negocio de módulos, se espera que las aplicaciones industriales de RTLS sean un mercado en crecimiento. Dada la necesidad de personalización y escalabilidad limitada, Murata puede colaborar con software de terceros y fabricantes en el mercado para entrar activamente en este campo.