DE102019214009B3 - Analysis of sensor measurement data from a robot or manipulator - Google Patents

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Xian Zhicong
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Abstract

Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Analysieren von Sensormessdaten eines Roboters oder Manipulators werden folgende Schritte durchgeführt:
- Empfangen oder Ermitteln eines Datensatzes von Sensormessdaten, die einen zeitlichen Verlauf einer Messgröße darstellen;
- Identifizieren wenigstens eines sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Musters im zeitlichen Verlauf der Messgröße in dem Datensatz;
- Unterteilen des Datensatzes in mehrere Abschnitte, wobei jeder Abschnitt einem Zeitabschnitt entspricht, der wenigstens näherungsweise die Dauer des sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Musters hat; und
- Ermitteln, in welchen Abschnitten das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster oder ein davon innerhalb eines Toleranzbereichs abweichendes Muster auftritt.

Figure DE102019214009B3_0000
According to a method according to the invention for analyzing sensor measurement data from a robot or manipulator, the following steps are carried out:
- Receiving or determining a data record of sensor measurement data that represent a time course of a measured variable;
- Identifying at least one at least approximately repeating pattern in the time course of the measured variable in the data set;
Subdividing the data set into several sections, each section corresponding to a time section which has at least approximately the duration of the at least approximately repeating pattern; and
Determination of the sections in which the at least approximately repeating pattern or a pattern deviating therefrom within a tolerance range occurs.
Figure DE102019214009B3_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Analyse von Sensormessdaten eines Roboters oder Manipulators.The present invention relates to the analysis of sensor measurement data from a robot or manipulator.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Sensormessdaten eines Roboters oder Manipulators zu erheben, die einen zeitlichen Verlauf einer Messgröße darstellen. Eine solche Messgröße kann beispielsweise eine Position eines beweglichen Glieds eines Manipulators oder Roboters, insbesondere eines ein- oder mehrachsigen Roboters, sein. Ebenso könnte die Messgröße eine erste oder höhere Zeitableitung einer solchen Position sein (Geschwindigkeit, Beschleunigung ...). Weitere Beispiele von geeigneten Messgrößen sind Kräfte, die auf oder an einem Glied des Aktuators oder Roboters wirken, insbesondere zwischen zwei Gliedern eines Roboters, oder Drehmomente an bzw. zwischen solchen Gliedern. Solche Messgrößen sind aber nur beispielshalber genannt. Im Prinzip kann die vorliegende Erfindung auch in Bezug auf andere Messgrößen Anwendung finden, die in oder an einem Roboter oder Manipulator erhoben werden können. Im Folgenden wird zur Vereinfachung lediglich der Begriff „Messgröße“ verwendet, ohne dass jedes Mal darauf hingewiesen wird, dass es sich um eine Messgröße eines Roboters oder Manipulators bzw. um eine Messgröße, die in oder an einem Roboter oder Manipulator gemessen werden kann, handelt.It is known from the prior art to collect sensor measurement data from a robot or manipulator that represent a time profile of a measured variable. Such a measured variable can be, for example, a position of a movable member of a manipulator or robot, in particular a single-axis or multi-axis robot. The measured variable could also be a first or higher time derivative of such a position (speed, acceleration ...). Further examples of suitable measured variables are forces that act on or on a member of the actuator or robot, in particular between two members of a robot, or torques on or between such members. Such measured variables are only mentioned by way of example. In principle, the present invention can also be used in relation to other measured variables that can be recorded in or on a robot or manipulator. In the following, only the term “measured variable” is used for the sake of simplicity, without it being pointed out every time that it is a measured variable of a robot or manipulator or a measured variable that can be measured in or on a robot or manipulator .

Die DE 11 2016 001 831 B4 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung/Regelung eines mittels eines Elektromotors angetriebenen Robotergelenks, wobei das Robotergelenk einen Stromsensor mit einer ersten Sensorelektronik zur Erfassung eines ersten Betriebsstromsi(t) des Elektromotors, einen ersten Positionssensor zur Erfassung einer Antriebsposition eines Antriebsstrangs des Robotergelenks, einen zweiten Positionssensor zur Erfassung einer Abtriebsposition eines Abtriebsstrangs des Robotergelenks, und einen ersten Drehmomentsensor zur Erfassung eines Drehmoments im Abtriebsstrang aufweist, wobei der Elektromotor auf Basis einer vorgegebenenSoll-Stellgröße gesteuert/geregelt wird.The DE 11 2016 001 831 B4 relates to a method and a device for controlling / regulating a robot joint driven by an electric motor, the robot joint having a current sensor with first sensor electronics for detecting a first operating current of the electric motor, a first position sensor for detecting a drive position of a drive train of the robot joint, a has a second position sensor for detecting an output position of an output train of the robot joint, and a first torque sensor for detecting a torque in the output train, the electric motor being controlled / regulated on the basis of a predetermined setpoint manipulated variable.

Die DE 10 2015 211 348 A1 betrifft eine Handhabungsvorrichtung und ein Verfahren zum Greifen, Erfassen, Positionieren, Handhaben, Verschieben, Drehen, Umgruppieren und/oder zum Manipulieren von einzeln, paarweise oder in Gruppen auf einer Horizontalfördereinrichtung transportierten Artikeln, Gebinden oder Stückgütern, wobei die Handhabungsvorrichtung einen beweglich aufgehängten und in einem Bewegungsraum oberhalb der Horizontalfördereinrichtung gesteuert bewegbaren Manipulator mit einem oder mehreren Mitteln zum Greifen der Artikel, Gruppierungen, Gebinde oder Stückgüter umfasst.The DE 10 2015 211 348 A1 relates to a handling device and a method for gripping, detecting, positioning, handling, shifting, rotating, regrouping and / or manipulating articles, bundles or piece goods transported individually, in pairs or in groups on a horizontal conveyor, the handling device being a movably suspended and in a movement space above the horizontal conveyor device, which can be moved in a controlled manner with one or more means for gripping the articles, groupings, bundles or piece goods.

Die DE 10 2014 103 240 A1 betrifft ein Verfahren zur Einrichtung und/oder Überwachung von Betriebsparametern einer Werkstückbearbeitungsmaschine, die einen Werkzeughalter und Mittel zum relativen Bewegen eines Werkstückes und des Werkzeughalters zueinander jedenfalls entlang einer ersten Achse aufweist, wobei im Bearbeitungsbetrieb des mit einem Werkzeug bestücktenWerkzeughalters und im Angriff des Werkzeuges an ein Werkstück Werte für wenigstens eine der folgenden bei Interaktion zwischen dem Werkzeugund dem Werkstück am Werkzeug auftretenden und auf den Werkzeughalter übertragenen Messgrößen am Werkzeughalter erfasst und für den Ablauf der Bearbeitung aufgezeichnet werden: a. eine in Richtung parallel zu der ersten Achse wirkende Axialkraft, b. ein in Bezug auf die erste Achse oder eine parallel dazu liegenden Achse anliegendes Drehmoment, c. Biegemomente oder Biegemomentkomponenten nach Richtung und Betrag, wobei die ermittelten Werte für die wenigstens eine Messgröße verwendet werden, um eine im Hinblick auf eine verlängerte Standzeit des verwendetenWerkzeuges bei gleichzeitig eine Maximalbearbeitungszeit unterschreitende Bearbeitungszeit abgestimmte Einrichtung der Betriebsparametervorzunehmen und/oder um den Bearbeitungsprozess im Hinblick auf eine Reproduzierbarkeit desselben und/oder einen Werkzeugverschleiß und/odereinen Maschinenfehler der Werkstückbearbeitungsmaschine zu überwachen. The DE 10 2014 103 240 A1 relates to a method for setting up and / or monitoring operating parameters of a workpiece processing machine, which has a tool holder and means for moving a workpiece and the tool holder relative to one another, in any case along a first axis, with the tool holder equipped with a tool in the machining operation and when the tool engages a Workpiece values for at least one of the following measured variables occurring during interaction between the tool and the workpiece on the tool and transmitted to the tool holder are recorded on the tool holder and recorded for the processing sequence: a. an axial force acting in a direction parallel to the first axis, b. a torque applied in relation to the first axis or an axis lying parallel thereto, c. Bending moments or bending moment components according to direction and amount, the determined values for the at least one measured variable being used to set up the operating parameters and / or to adjust the processing process with regard to a longer service life of the tool used while at the same time falling below a maximum processing time The reproducibility of the same and / or a tool wear and / or a machine error of the workpiece processing machine to be monitored.

Die DE 10 2008 054 312 A1 betrifft ein Verfahren zur sicheren Erfassung einer kinematischen Größe eines Manipulators, das die Schritte umfasst: Erfassen einer kinematischen Größe des Manipulators zu verschiedenen Zeitpunkten durch eine Erfassungsvorrichtung, Bestimmen einer zeitlichen Änderung der erfassten kinematischen Größe, Prüfen, ob die zeitliche Änderung in einem vorgegebenen plausiblen Bereich liegt, Bestimmen einer Plausibilität der erfassten kinematischen Größe auf Basis dieser Prüfung und Ausgeben einer sicheren kinematischen Größe auf Basis der erfassten kinematischen Größe, falls die zeitlicheÄnderung in dem plausiblen Bereich liegt.The DE 10 2008 054 312 A1 relates to a method for the reliable detection of a kinematic variable of a manipulator, comprising the steps of: detecting a kinematic variable of the manipulator at different points in time by a detection device, determining a change in the detected kinematic variable over time, checking whether the change over time is in a predetermined plausible range is, determining a plausibility of the detected kinematic variable on the basis of this check and outputting a safe kinematic variable on the basis of the detected kinematic variable if the change over time is in the plausible range.

Die EP 2 422 935 B1 betrifft einen Roboter, der einen Arm und einen Dehnungssensor umfasst, welcher einen piezoelektrischen Körper umfasst, dessen Eigenfrequenz höher ist als die Eigenfrequenz eines den Arm bildenden Strukturmaterials.The EP 2 422 935 B1 relates to a robot comprising an arm and a strain sensor comprising a piezoelectric body whose natural frequency is higher than the natural frequency of a structural material forming the arm.

Die US 2014/0201571 A1 betrifft ein System zur Zustandsüberwachung und Fehlerdiagnose umfassend eine Datenerfassungsfunktion, die Zeitverläufe ausgewählter Variablen für eine oder mehrere der Komponenten erfasst, eine Vorverarbeitungsfunktion, die bestimmte Merkmale der Zeitverläufe berechnet, eine Analysefunktion zur Bewertung der Merkmale eine oder mehrere Hypothesen eines Zustands der einen oder mehreren Komponenten und eine Argumentationsfunktion zum Bestimmen des Zustands der einen oder mehreren Komponenten aus der einen oder den mehreren Hypothesen erzeugen.The US 2014/0201571 A1 relates to a system for condition monitoring and fault diagnosis comprising a data acquisition function that records the time courses of selected variables for one or more of the components, a Preprocessing function that calculates certain features of the time courses, an analysis function for evaluating the features, generating one or more hypotheses of a state of the one or more components and an argumentation function for determining the state of the one or more components from the one or more hypotheses.

Die Erfinder haben erkannt, dass aus erhobenen Messgrößen Rückschlüsse gezogen werden können, beispielsweise im Rahmen eines Steuerns oder Überwachens eines Roboters oder Manipulators bzw. der Diagnose von Problemen, die möglicherweise bei Robotern oder Manipulatoren auftreten können. Relativ einfache Techniken sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt, bei denen Messwerte für die Steuerung, Überwachung oder Diagnose von Robotern oder Manipulatoren herangezogen werden. Als einfaches Beispiel sei hier genannt, dass ein an einer Achse eines Roboters gemessenes Drehmoment mit einem maximal zulässigen Drehmoment verglichen werden kann. Falls das gemessene Drehmoment das maximal zulässige Drehmoment überschreitet, kann beispielsweise ein Alarm ausgelöst werden oder eine Fehlermeldung ausgegeben werden.The inventors have recognized that conclusions can be drawn from the measured variables collected, for example in the context of controlling or monitoring a robot or manipulator or diagnosing problems that may occur with robots or manipulators. Relatively simple techniques are already known from the prior art, in which measured values are used for the control, monitoring or diagnosis of robots or manipulators. As a simple example, it should be mentioned here that a torque measured on an axis of a robot can be compared with a maximum permissible torque. If the measured torque exceeds the maximum permissible torque, an alarm can be triggered or an error message can be output, for example.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives, insbesondere verbessertes Verfahren zum Analysieren von Sensormessdaten eines Roboters oder Manipulators bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an alternative, in particular improved method for analyzing sensor measurement data from a robot or manipulator.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 13 stellt eine Vorrichtung (Steuer-, Überwachungs-, Analyse- oder Diagnosevorrichtung) unter Schutz, die zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Ansprüche 14 und 15 stellen ein Computerprogramm bzw. ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.This object is achieved by a method with the features of claim 1. Claim 13 provides a device (control, monitoring, analysis or diagnosis device) under protection, which is set up to carry out a method described here. Claims 14 and 15 provide a computer program or a computer program product for performing a method described here under protection. The subclaims relate to advantageous developments.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren von Sensormessdaten eines Roboters oder Manipulators, aufweisend:

  • - Empfangen oder Ermitteln eines Datensatzes von Sensormessdaten, die einen zeitlichen Verlauf einer Messgröße darstellen;
  • - Identifizieren wenigstens eines sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Musters im zeitlichen Verlauf der Messgröße in dem Datensatz;
  • - Unterteilen des Datensatzes in mehrere Abschnitte, wobei jeder Abschnitt einem Zeitabschnitt entspricht, der wenigstens näherungsweise die Dauer des sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Musters hat; und
  • - Ermitteln, in welchen Abschnitten das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster oder ein davon innerhalb eines Toleranzbereichs abweichendes Muster auftritt.
A first aspect of the present invention relates to a method for analyzing sensor measurement data of a robot or manipulator, comprising:
  • - Receiving or determining a data record of sensor measurement data that represent a time course of a measured variable;
  • - Identifying at least one at least approximately repeating pattern in the time course of the measured variable in the data set;
  • Subdividing the data set into several sections, each section corresponding to a time section which has at least approximately the duration of the at least approximately repeating pattern; and
  • Determination of the sections in which the at least approximately repeating pattern or a pattern deviating therefrom within a tolerance range occurs.

Durch dieses Verfahren lässt sich also ermitteln, in welchen (Zeit-)Abschnitten das sich (wenigstens näherungsweise) wiederholende Muster auftritt. Dies kann für die Steuerung oder das Überwachen des Roboters oder Manipulators und/oder für eine Fehlerdiagnostizierung nützlich sein. Beispielsweise kann gezielt untersucht werden, warum das Muster in manchen Zeitabschnitten auftritt und in anderen nicht. So kann beispielsweise eine Korrelation zwischen dem sich wiederholenden Muster und bestimmten Betriebszuständen, Bewegungen, Positionen oder ähnlichem ermittelt werden. Beispielsweise kann festgestellt werden, dass das sich wiederholende Muster immer dann auftritt, wenn sich der Manipulator oder Roboter oder ein bestimmtes Glied desselben in einer bestimmten Position oder einem bestimmten Positionsbereich befindet, nicht aber, wenn es sich nicht in dieser Position oder diesem Positionsbereich befindet. Dies kann gegebenenfalls einem (frühzeitigen) Erkennen von Problemen dienen, die aus welchem Grund auch immer mit dieser Position bzw. diesem Positionsbereich verbunden sind. Entsprechendes gilt beispielsweise für Geschwindigkeitswerte oder Geschwindigkeitsbereiche etc.With this method, it is possible to determine in which (time) segments the (at least approximately) repeating pattern occurs. This can be useful for controlling or monitoring the robot or manipulator and / or for fault diagnosis. For example, it is possible to specifically examine why the pattern occurs in some time periods and not in others. For example, a correlation between the repeating pattern and certain operating states, movements, positions or the like can be determined. For example, it can be determined that the repetitive pattern always occurs when the manipulator or robot or a certain member of the same is in a certain position or a certain position range, but not when it is not in this position or this position range. This can, if necessary, serve to (early) identify problems which, for whatever reason, are associated with this position or this position range. The same applies, for example, to speed values or speed ranges, etc.

Wie oben erwähnt, kann der Datensatz während des Ablaufs des Verfahrens ermittelt werden, beispielsweise durch Auswerten von Sensorsignalen, die erzeugt werden, während der Roboter oder Manipulator eine Aktion ausführt bzw. sich in einem bestimmten Zustand befindet. Alternativ kann der Datensatz auch vorab erzeugt und gegebenenfalls gespeichert werden und zu einem späteren Zeitpunkt analysiert werden. Außerdem sei angemerkt, dass die eigentliche Analyse des Datensatzes nicht im oder am Roboter oder Manipulator oder in der Nähe des Roboters oder Manipulators stattfinden muss, sondern beispielsweise im Rahmen einer Ferndiagnose durchgeführt werden kann.As mentioned above, the data record can be determined while the method is running, for example by evaluating sensor signals that are generated while the robot or manipulator is performing an action or is in a certain state. Alternatively, the data record can also be generated in advance and, if necessary, saved and analyzed at a later point in time. It should also be noted that the actual analysis of the data record does not have to take place in or on the robot or manipulator or in the vicinity of the robot or manipulator, but can be carried out, for example, as part of a remote diagnosis.

Unter einem „Identifizieren“ eines Musters wird vorliegend insbesondere verstanden, dass das Muster nicht a priori bekannt ist. Vielmehr wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren nach einem Muster oder mehreren Mustern gesucht, wobei gegebenenfalls geeignete Kandidaten ermittelt oder ausgewählt werden. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem „Lernen“ („learning“) eines Musters.“Identifying” a pattern is understood here in particular to mean that the pattern is not known a priori. Rather, in a method according to the invention, a search is made for a pattern or a plurality of patterns, with suitable candidates being determined or selected if necessary. In this context, one also speaks of “learning” a pattern.

Bei dem Unterteilen des Datensatzes müssen die Daten der verschiedenen Abschnitte nicht tatsächlich voneinander getrennt werden. Vielmehr wird vorliegend unter einem Unterteilen des Datensatzes insbesondere verstanden, dass die Daten eines jeden Abschnitts in dem nachfolgenden Ermittlungsschritt unabhängig von den Daten eines anderen Abschnitts untersucht werden können.When the data set is subdivided, the data of the various sections do not actually have to be separated from one another. Rather will In the present case, subdividing the data set is understood to mean in particular that the data of each section can be examined in the subsequent determination step independently of the data of another section.

In den meisten Anwendungen wird sich ein bestimmtes Muster nicht exakt, sondern nur innerhalb von gewissen Grenzen wiederholen. Je nach Anwendungsfall können diese Grenzen vorab festgelegt werden, so dass klare Kriterien definiert werden können, die ein Feststellen erlauben, ob ein auftretendes Muster einem anderen auftretenden Muster mit ausreichender Genauigkeit ähnelt, so dass man von einem sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Muster sprechen kann. Ebenso kann durch geeignete Parameter ein Toleranzbereich definiert werden, der in dem Ermittlungsschritt zur Anwendung kommt. Im weiteren Verlauf der vorliegenden Beschreibung wird der Begriff „sich wiederholendes Muster“ so verstanden, dass hierunter gegebenenfalls auch Muster fallen, bei denen die Wiederholung von dem ursprünglichen Muster innerhalb eines Toleranzbereichs abweicht, sofern der Kontext keine andere Auslegung erfordert.In most applications, a certain pattern will not repeat itself exactly, but only within certain limits. Depending on the application, these limits can be set in advance, so that clear criteria can be defined that allow a determination of whether a pattern that occurs is similar to another pattern that occurs with sufficient accuracy so that one can speak of an at least approximately repeating pattern. A tolerance range that is used in the determination step can also be defined by suitable parameters. In the further course of the present description, the term “repeating pattern” is understood to include patterns in which the repetition deviates from the original pattern within a tolerance range, provided the context does not require a different interpretation.

In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Identifizieren des wenigstens einen sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Musters auf:

  • - Empfangen einer Eingabe, die eine geschätzte Dauer des sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Musters angibt und/oder eine Schätzung angibt, wie oft das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster in dem Datensatz auftritt.
In one embodiment of the method according to the invention, the identification of the at least one at least approximately repeating pattern includes:
  • - Receiving an input which indicates an estimated duration of the at least approximately repeating pattern and / or indicates an estimate of how often the at least approximately repeating pattern occurs in the data set.

Die Eingabe kann ein gezieltes „Suchen“ nach einem sich wiederholenden Muster erleichtern.The input can facilitate a targeted “search” for a repeating pattern.

Gemäß einer Variante wird die Eingabe über eine Benutzerschnittstelle von einem Benutzer empfangen.According to one variant, the input is received from a user via a user interface.

Für eine solche Eingabe kann der Benutzer beispielsweise eine grafische Darstellung des Datensatzes (beispielsweise in der Form einer Grafik, die den zeitlichen Verlauf der Messgröße darstellt) heranziehen. Einer solchen grafischen Darstellung ist oft entnehmbar, in welchen Zeitskalen sich die dargestellte Messgröße verändert, und hierauf basierend kann oft die Dauer eines sich wiederholenden Musters abgeschätzt werden bzw. kann abgeschätzt werden, wie oft das sich wiederholende Muster in dem Datensatz auftritt.For such an input, the user can, for example, use a graphic representation of the data record (for example in the form of a graphic that shows the time course of the measured variable). Such a graphical representation often reveals the time scales in which the displayed measured variable changes, and based on this the duration of a repeating pattern can often be estimated or it can be estimated how often the repeating pattern occurs in the data set.

Alternativ oder zusätzlich kann ein Benutzer auch gegebene technische Daten des Roboters oder Manipulators berücksichtigen. Handelt es sich beispielsweise um einen Roboter oder Manipulator, bei dem an zumindest einem Glied, einer Achse oder einem Gelenk schnelle Bewegungen zu erwarten sind, kann die geschätzte Dauer des sich wiederholenden Musters relativ kurz angesetzt werden. Sind nur vergleichsweise langsamere Bewegungen zu erwarten, kann die geschätzte Dauer entsprechend erhöht werden.Alternatively or additionally, a user can also take into account given technical data of the robot or manipulator. If, for example, it is a robot or manipulator in which rapid movements are to be expected on at least one limb, an axis or a joint, the estimated duration of the repeating pattern can be set relatively short. If only comparatively slower movements are to be expected, the estimated duration can be increased accordingly.

Statt einer (manuellen) Eingabe durch einen Benutzer kann die geschätzte Dauer auch automatisch aus dem Datensatz ermittelt werden. Hierzu gibt es mehrere Möglichkeiten, die im Prinzip aus dem Bereich der Datenanalyse bekannt sind.Instead of a (manual) input by a user, the estimated duration can also be determined automatically from the data record. There are several possibilities for this, which are known in principle from the field of data analysis.

Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Unterteilen des Datensatzes durch einen „sliding window“-Ansatz.According to one embodiment of the method according to the invention, the data record is subdivided using a “sliding window” approach.

Ein „sliding window“-Ansatz ist im Prinzip aus dem Bereich der Datenanalyse bekannt.A “sliding window” approach is known in principle from the field of data analysis.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung weist das Verfahren ferner das Gruppieren der Abschnitte des Datensatzes in wenigstens zwei Segmente auf, so dass jedes Segment einen oder mehrere Abschnitte enthält, wobei im Falle, dass ein Segment zwei oder mehr Abschnitte enthält, die entsprechenden Zeitabschnitte zeitlich benachbart sind, wobei alle Abschnitte in einem ersten der wenigstens zwei Segmente das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster aufweisen und alle Abschnitte in einem zweiten der wenigstens zwei Segmente das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster nicht aufweisen.According to an embodiment according to the invention, the method further comprises grouping the sections of the data set into at least two segments, so that each segment contains one or more sections, wherein in the event that a segment contains two or more sections, the corresponding time sections are temporally adjacent, wherein all sections in a first of the at least two segments have the at least approximately repeating pattern and all sections in a second of the at least two segments do not have the at least approximately repeating pattern.

Ein solches Gruppieren kann weiteren Aufschluss über das Auftreten des sich wiederholenden Musters geben. Wenn beispielsweise das Muster in drei aufeinanderfolgenden Abschnitten auftritt, dann in den nächsten drei Zeitabschnitten nicht auftritt, dann in drei weiteren Zeitabschnitten wiederum auftritt, anschließend in den nächsten drei Abschnitten nicht auftritt usw., lässt sich durch das Gruppieren relativ leicht eine gewisse Periodizität erkennen. Basierend auf diesen durch das Gruppieren verdeutlichten Informationen kann beispielsweise weiter untersucht werden, warum das Muster periodisch auftritt.Such grouping can provide further information about the occurrence of the repeating pattern. For example, if the pattern occurs in three consecutive periods, then does not appear in the next three time periods, then occurs again in three further periods, then does not appear in the next three periods, etc., a certain periodicity can be identified relatively easily by grouping. Based on this information made clear by the grouping, it is possible, for example, to investigate further why the pattern occurs periodically.

Gemäß einer Weiterbildung weist das Verfahren ferner das Identifizieren eines Zeitpunktes zwischen zwei zeitlich benachbarten Segmenten, insbesondere das Identifizieren der Zeitpunkte zwischen allen Paaren von zwei zeitlich benachbarten Segmenten, auf.According to a further development, the method also includes the identification of a point in time between two chronologically adjacent segments, in particular the identification of the points in time between all pairs of two chronologically adjacent segments.

In dem oben beschriebenen Beispiel eines periodischen Auftretens des Musters würden also die Zeitpunkte nach dem dritten, sechsten, neunten und zwölften (Zeit-)Abschnitt usw. identifiziert. Auch ein solches Identifizieren dieser Zeitpunkte ermöglicht beispielsweise eine gezieltere Suche nach Gründen, warum das Muster nach bestimmten Zeitpunkten auftritt bzw. nicht auftritt. Beispielsweise könnten sich die Betriebsbedingungen des Roboters oder Manipulators zu den identifizierten Zeitpunkten ändern, was das Auftreten bzw. Wegbleiben des Musters verursacht. Das Identifizieren der Zeitpunkte kann es gegebenenfalls ermöglichen oder erleichtern, die Veränderungen der Betriebsbedingungen zu erkennen.In the example of a periodic occurrence of the pattern described above, the points in time after the third, sixth, ninth and twelfth (time) segment, etc. would be identified. Such an identification of these times is also made possible For example, a more targeted search for reasons why the pattern occurs or does not occur after certain points in time. For example, the operating conditions of the robot or manipulator could change at the identified times, which causes the occurrence or absence of the pattern. The identification of the points in time may make it possible or easier to recognize the changes in the operating conditions.

In einem anderen Beispiel wechselt sich das Auftreten eines Musters in benachbarten Abschnitten nicht periodisch mit dem Nicht-Auftreten des Musters ab. Beispielsweise kann in dem Datensatz nur ein einziger Zeitpunkt identifiziert werden, was auf einen einmaligen Vorgang (beispielsweise eine einmalige Änderung einer Betriebsbedingung) hinweisen kann.In another example, the occurrence of a pattern in adjacent sections does not alternate periodically with the non-occurrence of the pattern. For example, only a single point in time can be identified in the data record, which can indicate a one-time process (for example a one-time change in an operating condition).

Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren ferner das Anpassen einer Kurve, insbesondere einer Geraden, an die Sensormessdaten innerhalb eines Segments, insbesondere das Anpassen jeweils einer Geraden, an die Sensormessdaten innerhalb aller Segmente, auf.According to one embodiment, the method furthermore comprises adapting a curve, in particular a straight line, to the sensor measurement data within a segment, in particular adapting a straight line in each case to the sensor measurement data within all segments.

Durch das Anpassen einer Kurve oder Geraden können die Sensormessdaten beispielsweise ohne Hintergrundrauschen veranschaulicht werden. Gleichwohl erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren gegebenenfalls eine (bessere) Unterscheidung zwischen Hintergrundrauschen und anderen die Sensormessdaten beeinflussenden Faktoren. Würde beispielsweise global eine Kurve oder Gerade an die Sensormessdaten angepasst, also ohne Berücksichtigung der verschiedenen Segmente, wäre anzunehmen, dass das Anpassen weniger genau erfolgt bzw. dass das globale Anpassen das unterschiedliche Verhalten innerhalb der Segmente nicht berücksichtigt.By adapting a curve or straight line, the sensor measurement data can be displayed without background noise, for example. Nevertheless, the method according to the invention allows a (better) differentiation between background noise and other factors influencing the sensor measurement data. For example, if a curve or straight line were to be globally adapted to the sensor measurement data, that is to say without taking the various segments into account, it would be assumed that the adaptation is less precise or that the global adaptation does not take into account the different behavior within the segments.

Gemäß einer Ausführung wird das Anpassen mittels eines Regressionsverfahrens durchgeführt, insbesondere mittels eines linearen Regressionsverfahrens.According to one embodiment, the adaptation is carried out using a regression method, in particular using a linear regression method.

Geeignete Regressionsverfahren sind im Prinzip bekannt.Suitable regression methods are known in principle.

Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren ferner das Ersetzen des identifizierten Musters durch ein modifiziertes Muster auf, um das Ermitteln, in welchen Abschnitten das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster oder ein davon innerhalb eines Toleranzbereichs abweichendes Muster auftritt, basierend auf dem modifizierten Muster, insbesondere ein weiteres Mal, durchzuführen.According to one embodiment, the method further comprises replacing the identified pattern with a modified pattern in order to determine in which sections the at least approximately repeating pattern or a pattern deviating therefrom within a tolerance range occurs, based on the modified pattern, in particular a further pattern Times to perform.

Gemäß einer Ausführung wird das modifizierte Muster basierend auf dem sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Muster bzw. dem davon innerhalb eines Toleranzbereichs abweichenden Muster ermittelt.According to one embodiment, the modified pattern is determined based on the at least approximately repeating pattern or the pattern deviating therefrom within a tolerance range.

Insbesondere kann das modifizierte Muster aus dem erstgenannten Muster durch eine geeignete Glättung oder Filterung hervorgehen, beispielsweise um hochfrequente Anteile, die eventuell durch Hintergrundrauschen verursacht wurden, herauszufiltern. Durch die Verwendung des modifizierten Musters kann gegebenenfalls eine bessere Übereinstimmung mit den Sensormessdaten in den verschiedenen Abschnitten festgestellt werden.In particular, the modified pattern can emerge from the first-mentioned pattern by suitable smoothing or filtering, for example in order to filter out high-frequency components that may have been caused by background noise. By using the modified pattern, a better correspondence with the sensor measurement data in the various sections can possibly be determined.

Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das modifizierte Muster basierend auf den Sensormessdaten, die das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster bzw. das davon innerhalb eines Toleranzbereichs abweichende Muster darstellen, ermittelt, insbesondere basierend auf diesen Sensormessdaten aus mehreren der Abschnitte, in denen das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster oder das davon innerhalb eines Toleranzbereichs abweichende Muster auftritt, insbesondere aus allen Abschnitten, in denen das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster oder das davon innerhalb eines Toleranzbereichs abweichende Muster auftritt.According to one embodiment of the method according to the invention, the modified pattern is determined based on the sensor measurement data that represent the at least approximately repeating pattern or the pattern deviating therefrom within a tolerance range, in particular based on this sensor measurement data from several of the sections in which this is at least approximately repeating pattern or the pattern deviating therefrom within a tolerance range occurs, in particular from all sections in which the at least approximately repeating pattern or the pattern deviating therefrom within a tolerance range occurs.

Gemäß dieser Ausführung kann sichergestellt werden, dass eine gute Übereinstimmung des modifizierten Musters mit den Sensormessdaten erreicht wird. Insbesondere wenn hierfür die Sensormessdaten von mehreren oder allen Abschnitten, in denen das Muster auftritt, herangezogen werden, kann eine ausreichend gute oder sogar besonders gute Übereinstimmung des modifizierten Musters nicht nur mit den Sensormessdaten aus einem Abschnitt, sondern aus mehreren oder allen Abschnitten erreicht werden.According to this embodiment, it can be ensured that a good match between the modified pattern and the sensor measurement data is achieved. In particular if the sensor measurement data from several or all sections in which the pattern occurs are used for this purpose, a sufficiently good or even particularly good match of the modified pattern can be achieved not only with the sensor measurement data from one section, but from several or all sections.

Nach einer Ausführung kann das modifizierte Muster beispielsweise durch Mittelwertbildung basierend auf diesen Sensormessdaten aus den mehreren oder allen Abschnitten, in denen das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster oder das davon innerhalb eines Toleranzbereichs abweichende Muster auftritt, ermittelt werden.According to one embodiment, the modified pattern can be determined, for example, by averaging based on these sensor measurement data from the several or all sections in which the at least approximately repeating pattern or the pattern deviating therefrom within a tolerance range occurs.

Durch die Mittelwertbildung können gegebenenfalls auch Störeinflüsse, wie zum Beispiel Hintergrundrauschen, herausgefiltert werden.By averaging, interfering influences such as background noise can also be filtered out if necessary.

Wie oben erwähnt, kann das Verfahren ein weiteres Mal durchgeführt werden, und zwar basierend auf dem modifizierten Muster. Durch die Verwendung des modifizierten Musters ergibt sich gegebenenfalls ein genaueres Bild, nämlich erstens hinsichtlich des Verlaufs des Musters (beispielsweise aufgrund der Mittelwertbildung) und zweitens hinsichtlich des Auftretens des Musters in den verschiedenen Abschnitten. D.h. nach einem wiederholten Durchführen des Verfahrens wird das (modifizierte) Muster unter Umständen in einer größeren Anzahl von Abschnitten erkannt als es bei dem erstmaligen Durchführen des Verfahrens basierend auf dem erstgenannten Muster der Fall war. Unter Umständen verringert sich auch die Anzahl der Abschnitte, in denen das (modifizierte) Muster auftritt. Dies könnte beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Muster zunächst auf der Basis von fehlerbehafteten Sensormessdaten ermittelt wurde und eine zu hohe Anzahl an Übereinstimmungen mit dem (verfälschten) Muster erkannt wurde.As mentioned above, the method can be performed one more time, based on the modified pattern. The use of the modified pattern may result in a more precise picture, namely firstly with regard to the course of the pattern (for example due to the averaging) and secondly with regard to the appearance of the pattern in the different sections. In other words, after the method has been carried out repeatedly, the (modified) pattern may be recognized in a greater number of sections than was the case when the method was carried out for the first time based on the first-mentioned pattern. The number of sections in which the (modified) pattern occurs may also be reduced. This could be the case, for example, if the pattern was initially determined on the basis of faulty sensor measurement data and too high a number of matches with the (falsified) pattern was detected.

Das Verfahren kann iterativ durchgeführt werden, also mehrere Male wiederholt werden. Bei betriebsinternen Tests haben die Erfinder festgestellt, dass sich dadurch die Genauigkeit weiter verbessern lässt, also hinsichtlich einer genaueren Ermittlung der Anzahl von korrekten Treffern (Muster korrekt in einem Abschnitt erkannt) und hinsichtlich eines Verfeinerns der Form des Musters.The process can be carried out iteratively, i.e. it can be repeated several times. In in-house tests, the inventors have found that the accuracy can be further improved in this way, i.e. with regard to a more precise determination of the number of correct hits (pattern correctly recognized in a section) and with regard to refining the shape of the pattern.

Nach einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das (anfängliche) Identifizieren des wenigstens einen sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Musters mithilfe eines Autoencoders durchgeführt werden.According to one embodiment of the method according to the invention, the (initial) identification of the at least one at least approximately repeating pattern can be carried out with the aid of an auto-encoder.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren.A second aspect of the present invention relates to a device for performing one of the methods described above.

Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogramm zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren.A third aspect of the present invention relates to a computer program for performing one of the methods described above.

Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren.A fourth aspect of the present invention relates to a computer program product with a program code, which is stored on a medium that can be read by a computer, for carrying out one of the methods described above.

Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere nichtflüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm aufweisen, insbesondere sein, wobei ein Ausführen dieses Programms ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer, dazu veranlasst, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen.In one embodiment, a computer program product can have, in particular, a non-volatile storage medium for storing a program or with a program stored on it, with the execution of this program causing a system or a controller, in particular a computer, to generate a program described here Process or one or more of its steps.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen.

  • 1 zeigt ein erstes Beispiel von Messpunkten, die einen zeitlichen Verlauf einer Messgröße darstellen;
  • 2 zeigt ein zweites Beispiel von Messpunkten, die einen zeitlichen Verlauf einer Messgröße darstellen;
  • 3 zeigt ein drittes Beispiel von Messpunkten, die einen zeitlichen Verlauf einer Messgröße darstellen;
  • 4 zeigt einen Teil der Messpunkte aus 3;
  • 5 zeigt die Messpunkte der 5 und zusätzlich eine an diese Messpunkte angepasste Kurve;
  • 6 zeigt die an die Messpunkte der 5 angepasste Kurve, aber ohne die Messpunkte; und
  • 7 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens.
Further advantages and features emerge from the subclaims and the exemplary embodiments.
  • 1 shows a first example of measuring points which represent a time course of a measured variable;
  • 2 shows a second example of measuring points that represent a time course of a measured variable;
  • 3 shows a third example of measuring points that represent a time course of a measured variable;
  • 4th shows part of the measurement points 3 ;
  • 5 shows the measuring points of the 5 and in addition a curve adapted to these measuring points;
  • 6th shows the at the measuring points of the 5 adapted curve, but without the measuring points; and
  • 7th shows a flow chart with method steps of an exemplary method according to the invention.

1 zeigt ein erstes Beispiel von Messpunkten, die in beliebigen Einheiten einen zeitlichen Verlauf (horizontale Achse) einer Messgröße (vertikale Achse) darstellen und eine Messkurve 1 bilden. Die den Messpunkten zugrundeliegenden Sensordaten können beispielsweise Positions-, Geschwindigkeits-, Beschleunigungs-, Kraft- oder Drehmoment-Daten eines Roboters oder Manipulators sein, beispielsweise gemessen an einem beweglichen Glied, einem Gelenk oder einer Achse eines Manipulators oder Roboters. Die dargestellten Messpunkte haben einen etwa sinusförmigen Verlauf, im gezeigten Ausschnitt mit zwei Tiefpunkten 10 und einem Hochpunkt 11. Der gezeigte Ausschnitt kann als „Muster“ im Sinne der vorliegenden Erfindung angesehen werden. Gleichwohl kann aber auch nur ein Teil der Messpunkte als Muster angesehen werden, beispielsweise die Gesamtheit der Messpunkte zwischen den beiden Tiefpunkten 10. Was als Muster (in der englischen Fachliteratur auch „shapelet“ genannt) anzusehen ist, ist nicht von vorneherein festgelegt und kann von Anwendungsfall zu Anwendungsfall verschieden sein. 1 shows a first example of measuring points that represent a time course (horizontal axis) of a measured variable (vertical axis) in arbitrary units and a measurement curve 1 form. The sensor data on which the measurement points are based can, for example, be position, speed, acceleration, force or torque data of a robot or manipulator, for example measured on a movable member, a joint or an axis of a manipulator or robot. The measurement points shown have an approximately sinusoidal curve, with two low points in the section shown 10 and a high point 11 . The section shown can be viewed as a “sample” within the meaning of the present invention. At the same time, however, only a part of the measuring points can be viewed as a pattern, for example all of the measuring points between the two low points 10 . What is to be regarded as a pattern (also called “shapelet” in the English technical literature) is not specified from the outset and can vary from application to application.

2 zeigt ein zweites Beispiel von Messpunkten, die einen zeitlichen Verlauf einer Messgröße darstellen. Das Muster 2 weist anfangs einen Anstieg auf, der dann in einen etwa sinusförmigen Verlauf übergeht. 2 shows a second example of measuring points that represent a time course of a measured variable. The pattern 2 initially shows a rise, which then turns into an approximately sinusoidal curve.

3 zeigt ein drittes Beispiel von Messpunkten, die einen zeitlichen Verlauf 3 einer Messgröße darstellen. In 3 sind auch zwei Geraden 33 und 34 eingezeichnet. Diese sind nicht als Messpunkte anzusehen und werden später erklärt. 3 shows a third example of measuring points that show a time course 3 represent a measured variable. In 3 are also two straight lines 33 and 34 drawn. These are not to be regarded as measuring points and will be explained later.

Die Messpunkte sind rauschbehaftet. Um dieses Rauschen zu eliminieren bzw. um eine vereinfachte Darstellung zu erhalten, könnte im Prinzip in bereits bekannter Weise eine Kurve oder im einfachsten Fall eine Gerade an die Messpunkte angepasst werden. Eine solche Gerade (nicht eingezeichnet und nicht zu verwechseln mit den Geraden 33 und 34) würde beispielsweise die vertikale Achse (Zeitpunkt 0, linker Rand der Grafik) etwas unterhalb der horizontalen Achse schneiden und am Ende des betrachteten Zeitraums (Zeitpunkt ca. 1500, rechter Rand der Grafik) etwas oberhalb der horizontalen Achse liegen. Die Erfinder haben erkannt, dass bei einer solchen globalen Anpassung an die Messpunkte Informationen verlorengehen können, die unter Umständen von Interesse sind.The measuring points are noisy. In order to eliminate this noise or to obtain a simplified representation, a curve or, in the simplest case, a straight line could in principle be adapted to the measuring points in a manner that is already known. Such a straight line (not drawn in and not to be confused with the straight line 33 and 34 ), for example, the vertical axis (time 0, left edge of the graph) would intersect a little below the horizontal axis and at the end of the period under consideration (time approx. 1500, right edge of the graph) would be slightly above the horizontal axis. The inventors have recognized that, with such a global adaptation to the measurement points, information that may be of interest may be lost.

Nach einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird in dem zeitlichen Verlauf der Messgröße (bzw. in dem Datensatz, der durch die Messpunkte veranschaulicht wird) nach einem sich wiederholenden Muster gesucht. Ein solches kann beispielsweise in dem (Zeit-)Abschnitt 30 erkannt werden. Dieses Muster ist nochmal getrennt in 4 dargestellt und ist mit dem Bezugszeichen 35 versehen. Das Muster 35 hat einen näherungsweise sinusförmigen Verlauf.According to one embodiment according to the present invention, a repetitive pattern is searched for in the temporal course of the measured variable (or in the data set which is illustrated by the measuring points). Such can be recognized in the (time) section 30, for example. This pattern is again separated in 4th and is designated by the reference number 35 Mistake. The pattern 35 has an approximately sinusoidal curve.

Im Prinzip könnten auch andere Abschnitte des zeitlichen Verlaufs als Muster bzw. als Kandidat eines solchen Musters identifiziert werden. Wie das Identifizieren bzw. Auswählen von Mustern oder Kandidaten von Mustern durchgeführt wird, wird noch später erläutert. Was aber aus 3 erkennbar ist, ist die Tatsache, dass die Grafik im rechten Teil (Bereich 32) mehrere Spitzen oder „Peaks“ aufweist. Diese wiederholen sich in annähernd regelmäßigen Abständen. Die Form der Peaks ist allerdings nicht identisch, was insbesondere auf Rauschen zurückgeführt werden kann.In principle, other sections of the time course could also be identified as a pattern or as a candidate for such a pattern. How the identification or selection of patterns or candidates of patterns is carried out will be explained later. But what from 3 is recognizable is the fact that the graphic in the right part (area 32 ) has multiple peaks or "peaks". These repeat themselves at approximately regular intervals. However, the shape of the peaks is not identical, which can be attributed in particular to noise.

Nachdem ein Muster, wie z. B. Muster 35, identifiziert wurde, kann dieses gegebenenfalls leicht geglättet werden. Hieraus ergibt sich das (modifizierte) Muster 36 in 6. 5 zeigt die Muster 35 und 36 in überlagerter Darstellung. Der Unterschied zwischen 4 und 5 ist nur schwer zu erkennen, nämlich im Bereich des Tiefpunktes.After a pattern, such as B. Pattern 35 , has been identified, this can be smoothed if necessary. This results in the (modified) pattern 36 in 6th . 5 shows the pattern 35 and 36 in superimposed representation. The difference between 4th and 5 is difficult to recognize, namely in the area of the lowest point.

Das Muster 36 hat eine zeitliche Länge 30, die in 3 angedeutet ist. Der Verlauf 3 der Messgröße wird nun in Abschnitte der Länge 30 aufgeteilt. Diese Aufteilung ist nicht explizit in 3 gezeigt, kann sich aber über den gesamten in 3 gezeigten Bereich erstrecken, so dass der gesamte Bereich in aneinandergrenzende Abschnitte der Länge 30 aufgeteilt wird. Anschließend wird ermittelt, in welchem dieser Abschnitte das Muster 36 auftritt. Hierbei kann, wie bereits angedeutet, ein (gegebenenfalls zuvor festgelegter) Toleranzbereich zur Geltung kommen, so dass auch nicht-identische Wiederholungen des Musters 36 als Wiederholungen erkannt werden, solange die Abweichungen innerhalb des Toleranzbereichs liegen. Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren könnte also beispielsweise festgestellt werden, dass das Muster 36 in allen Abschnitten, die im Bereich 32 liegen, auftritt, während festgestellt wird, dass es in allen Abschnitten, die im Bereich 31 liegen, nicht auftritt. Diese Information als solche kann in manchen Anwendungen von Interesse sein, beispielsweise wenn a priori zu erwarten wäre, dass beim Betrieb eines Roboters oder Manipulators das Muster 36 in allen Zeitabschnitten auftritt bzw. in keinem Zeitabschnitt auftritt. Anhand der ermittelten Information kann gezielt untersucht werden, warum das Muster 36 in manchen Abschnitten auftritt bzw. nicht auftritt.The pattern 36 has a length of time 30th , in the 3 is indicated. The history 3 the measurand is now divided into sections of length 30th divided up. This division is not explicitly in 3 shown, but can extend over the entire in 3 area shown extend so that the entire area in adjoining sections of length 30th is divided. It is then determined in which of these sections the pattern 36 occurs. Here, as already indicated, a tolerance range (possibly previously defined) can come into effect, so that non-identical repetitions of the pattern 36 are recognized as repetitions as long as the deviations are within the tolerance range. According to a method according to the invention, it could thus be established, for example, that the pattern 36 in all sections that are in the area 32 lying, occurs while it is found that it is in all sections that are in the area 31 lie, does not occur. This information as such can be of interest in some applications, for example if it would be expected a priori that the pattern would be when operating a robot or manipulator 36 occurs in all periods or does not occur in any period. The information obtained can be used to specifically examine why the pattern is 36 occurs or does not occur in some sections.

Gemäß einer Weiterentwicklung können die Abschnitte der Länge 30 gruppiert werden, nämlich so, dass alle (unmittelbar) aufeinanderfolgenden Abschnitte, in denen das Muster 36 auftritt, zu einem Segment zusammengefasst werden. In dem in 3 gezeigten Beispiel wäre dies das Segment 32. Außerdem können (unmittelbar) aufeinanderfolgende Abschnitte der Länge 30, in denen das Muster 36 nicht auftritt, zu einem weiteren Segment - hier Segment 31 - zusammengefasst werden. Auch das Gruppieren der Abschnitte in verschiedene Segmente kann der Überwachung bzw. einer gezielten Fehlersuche dienen. Beispielsweise kann die Länge der Segmente 31 und 32 miteinander verglichen werden, oder es kann untersucht werden, welche Betriebsbedingungen während der Segmente 31 bzw. 32 vorherrschen, die unter Umständen das Nicht-Auftreten oder Auftreten des Musters 36 verursachen.According to a further development, the sections of the length 30th are grouped, namely in such a way that all (immediately) consecutive sections in which the pattern 36 occurs, can be combined into one segment. In the in 3 example shown this would be the segment 32 . In addition, (directly) consecutive sections of the length 30th in which the pattern 36 does not occur to another segment - here segment 31 - be summarized. Grouping the sections into different segments can also be used for monitoring or targeted troubleshooting. For example, the length of the segments 31 and 32 can be compared with each other, or it can be examined which operating conditions during the segments 31 or. 32 predominate, which may result in the non-occurrence or occurrence of the pattern 36 cause.

Während in 3 nur zwei Segmente 31 und 32 gezeigt sind, ist es in weiteren Beispielen möglich, dass in einem Messintervall mehrere Segmente erkennbar sind, in denen Abschnitte der Länge 30 liegen, in denen das Muster 36 auftritt bzw. nicht auftritt.While in 3 only two segments 31 and 32 are shown, it is possible in further examples that several segments are recognizable in a measuring interval in which sections of the length 30th lie in which the pattern 36 occurs or does not occur.

Gemäß einer Weiterentwicklung kann insbesondere der Zeitpunkt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Segmenten identifiziert werden. In 3 wäre dies der Zeitpunkt etwa an der Stelle 400, zwischen den Segmenten 31 und 32. Falls mehr als zwei Segmente zu erkennen sind, können die Zeitpunkte zwischen mehreren oder insbesondere allen Paaren von aufeinanderfolgenden Segmenten identifiziert werden.According to a further development, in particular the point in time between two successive segments can be identified. In 3 this would be the point in time approximately at point 400, between the segments 31 and 32 . If more than two segments can be recognized, the times between several or in particular all pairs of successive segments can be identified.

Auch das Ermitteln dieser Zeitpunkte kann der Überwachung oder einer gezielten Suche nach Ursachen, die das Auftreten oder Nichtauftreten des Musters 36 bedingen, dienen.The determination of these points in time can also be used for monitoring or a targeted search for causes that led to the occurrence or non-occurrence of the pattern 36 condition, serve.

Gemäß einer Weiterentwicklung kann innerhalb eines Segments (oder innerhalb mehrerer Segmente oder aller Segmente) eine Kurve an den Verlauf der Messgröße angepasst werden. Im einfachsten Fall kann dies eine Gerade sein. In 3 sind zwei solche Geraden eingezeichnet, nämlich die Gerade 33 und die Gerade 34. Gerade 33 ist an die Sensormessdaten im Segment 31 angepasst, und Gerade 34 an die Sensormessdaten im Segment 32. Dabei erkennt man, dass die Gerade 34 im Wesentlichen parallel zur horizontalen Achse verläuft, mit einem kleinen positiven Offset. Falls beispielsweise zu erwarten gewesen wäre, dass die Gerade 34 mit der horizontalen Achse zusammenfällt, dies aber gemäß den Sensormessdaten nicht der Fall ist, kann gezielt nach Ursachen für den positiven Offset gesucht werden. Ist dagegen a priori ein positiver Offset zu erwarten, kann gegebenenfalls festgestellt werden, dass die Sensormessdaten im Segment 32 den Erwartungen entsprechen.According to a further development, within a segment (or within several Segments or all segments) a curve can be adapted to the course of the measured variable. In the simplest case this can be a straight line. In 3 two such straight lines are drawn, namely the straight line 33 and the straight line 34 . Straight 33 is to the sensor measurement data in the segment 31 adjusted, and straight 34 to the sensor measurement data in the segment 32 . You can see that the straight line 34 is essentially parallel to the horizontal axis, with a small positive offset. If, for example, it was to be expected that the straight 34 coincides with the horizontal axis, but this is not the case according to the sensor measurement data, causes for the positive offset can be searched for in a targeted manner. If, on the other hand, a positive offset is to be expected a priori, it can possibly be determined that the sensor measurement data is in the segment 32 meet expectations.

Während die Gerade 34 im Segment 32 im Wesentlichen parallel zur horizontalen Achse verläuft, ist bei der Geraden 33 im Segment 31 eine Steigung zu erkennen, nämlich eine negative Steigung. Außerdem liegt die Gerade 33 im Segment 31 im negativen Bereich. Hieraus können entsprechende Schlüsse gezogen werden, die beispielsweise einem Überwachen oder der Suche nach Ursachen für den Verlauf der Gerade 33 dienen können.While the straight 34 in the segment 32 runs essentially parallel to the horizontal axis is at the straight line 33 in the segment 31 detect a slope, namely a negative slope. In addition, the straight line lies 33 in the segment 31 in the negative area. Corresponding conclusions can be drawn from this, for example monitoring or searching for causes for the course of the straight line 33 can serve.

Das anhand der 3 erläuterte Beispiel zeigt insbesondere, dass nach einem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere eine differenziertere Analyse der Sensormessdaten ermöglicht wird, im Vergleich zu dem oben erwähnten Vorgehen, nach dem an alle Sensormessdaten global eine Kurve, insbesondere eine Gerade, angepasst wird.Based on the 3 The example explained in particular shows that, according to a method according to the invention, a more differentiated analysis of the sensor measurement data is made possible in comparison to the procedure mentioned above, according to which a curve, in particular a straight line, is globally adapted to all sensor measurement data.

Gemäß einer Weiterentwicklung eines anhand von 3 beschriebenen Verfahrens kann das Identifizieren eines sich wiederholenden Musters verfeinert werden. Zunächst wird, wie oben beschrieben, ein sich wiederholendes Muster, wie z. B. das Muster 35 bzw. 36, identifiziert und das in 3 gezeigte Messintervall in Abschnitte der Länge 30 unterteilt. Anschließend wird, wie auch oben beschrieben, ermittelt, in welchen Abschnitten das Muster auftritt. Danach wird als zusätzlicher Schritt ein modifiziertes Muster (oder weiter modifiziertes Muster) ermittelt. Bei der Ermittlung des modifizierten Musters werden die Sensormessdaten von wenigstens zwei, insbesondere mehreren, insbesondere allen Abschnitten herangezogen, in denen das Auftreten des ursprünglich identifizierten Musters 35 bzw. 36 erkannt wurde. Insbesondere durch Mittelwertbildung oder dergleichen kann das modifizierte Muster ermittelt werden. Anschließend wird das Verfahren bzw. manche Schritte des Verfahrens basierend auf dem modifizierten Muster wiederholt. Insbesondere kann ermittelt werden, in welchen Abschnitten der Länge 30 das modifizierte Muster auftritt, bevor die Gruppierung der Abschnitte in Segmente, wie oben beschrieben, (nochmals) durchgeführt wird. Gegebenenfalls kann durch die Verwendung des modifizierten Musters eine bessere Übereinstimmung der Sensormessdaten in den verschiedenen Abschnitten mit dem modifizierten Muster erreicht werden als es bei der Verwendung mit dem ursprünglich identifizierten Muster 35 bzw. 36 der Fall war. Insbesondere kann die Verwendung des modifizierten Musters zur Folge haben, dass in mehr - oder aber auch weniger - Abschnitten das Auftreten des nunmehr modifizierten Musters erkannt wird als es bei der Verwendung des ursprünglich identifizierten Musters der Fall war. So können gegebenenfalls Falschalarme („false positives“ und/oder „false negatives“) vermieden werden bzw. deren Anzahl reduziert werden.According to a further development of a based on 3 Identifying a repeating pattern can be refined. First, as described above, a repeating pattern, such as. B. the pattern 35 or. 36 , identified and that in 3 shown measuring interval in sections of length 30th divided. Then, as described above, it is determined in which sections the pattern occurs. Then, as an additional step, a modified pattern (or further modified pattern) is determined. When determining the modified pattern, the sensor measurement data are used from at least two, in particular several, in particular all sections in which the originally identified pattern occurs 35 or. 36 was recognized. In particular, the modified pattern can be determined by averaging or the like. The method or some steps of the method are then repeated based on the modified pattern. In particular, it can be determined in which sections of the length 30th the modified pattern occurs before the grouping of the sections into segments as described above is carried out (again). If necessary, by using the modified pattern, a better match of the sensor measurement data in the various sections with the modified pattern can be achieved than when using the originally identified pattern 35 or. 36 was the case. In particular, the use of the modified pattern can have the consequence that the occurrence of the now modified pattern is recognized in more - or also fewer - sections than was the case when the originally identified pattern was used. In this way, false alarms ("false positives" and / or "false negatives") can be avoided or their number reduced.

Die Schritte bezüglich des Verfeinerns des Musters, also das Ermitteln eines modifizierten Musters und das anschließende Ermitteln, in welchen Abschnitten das modifizierte Muster auftritt, kann gegebenenfalls wiederholt werden, so dass ein iterativer Verfahrensablauf erfolgt. Das iterative Verfahren kann gegebenenfalls nach einer vorgegebenen Anzahl von Iterationen oder gemäß einem Abbruchkriterium beendet werden.The steps relating to the refinement of the pattern, that is to say the determination of a modified pattern and the subsequent determination of the sections in which the modified pattern occurs, can optionally be repeated so that an iterative process sequence takes place. The iterative method can optionally be ended after a predetermined number of iterations or in accordance with a termination criterion.

7 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei wird auch auf die in den 3 bis 6 gezeigten Sensormessdaten bzw. Muster Bezug genommen. 7th shows a flow chart with method steps of an exemplary embodiment of a method according to the invention. This also applies to the 3 to 6th Sensor measurement data or pattern shown is referred to.

Nach dem Start 40 des Verfahrens wird in einem Schritt 41 ein Datensatz von Sensormessdaten empfangen oder ermittelt. Dieser Datensatz kann vorab erstellt worden sein und beispielsweise im Rahmen einer späteren Analyse von einer Vorrichtung, die das Verfahren durchführen soll, empfangen werden, oder alternativ zeitnah, also im Wesentlichen während des Verfahrensablaufs, ermittelt werden. Die Sensormessdaten stellen einen zeitlichen Verlauf einer Messgröße dar.After the start 40 the procedure is in one step 41 receive or determine a data record of sensor measurement data. This data record can have been created in advance and, for example, be received in the context of a later analysis by a device that is intended to carry out the method, or, alternatively, it can be determined promptly, ie essentially during the course of the method. The sensor measurement data represent a time course of a measured variable.

Danach wird in einem Schritt 42 ein sich wenigstens näherungsweise wiederholendes Muster, beispielsweise Muster 35 bzw. 36, im zeitlichen Verlauf der Messgröße in dem Datensatz identifiziert.Then in one step 42 an at least approximately repeating pattern, for example a pattern 35 or. 36 , identified in the data set in the course of the measured variable over time.

Nach dem Identifizieren des Musters wird der Datensatz in mehrere Abschnitte unterteilt, wobei jeder Abschnitt einem Zeitabschnitt (beispielsweise 30) entspricht, der wenigstens näherungsweise die Dauer des Musters 35 bzw. 36 hat.After the pattern has been identified, the data set is divided into several sections, each section corresponding to a time section (for example 30) which is at least approximately the duration of the pattern 35 or. 36 Has.

Schließich wird in einem Schritt 44 ermittelt, in welchen Abschnitten das Muster oder ein davon innerhalb eines Toleranzbereichs abweichendes Muster (beispielsweise 35 oder 36) auftritt.Finally, in a step 44 it is determined in which sections the pattern or a pattern deviating therefrom within a tolerance range (for example 35 or 36) occurs.

Es wird nun beschrieben, wie ein Muster oder Shapelet in einem Datensatz identifiziert werden kann. In diesem Zusammenhang wird zunächst ein Algorithmus erläutert, durch den ein Datensatz, der den zeitlichen Verlauf einer Messgröße darstellt, in geeignete Abschnitte unterteilt werden kann. Als Input für diesen Algorithmus dient Folgendes:

  1. 1. Ein Datensatz, der in der Form (y1,y2, ···, yn) vorliegt (oder in diese gebracht werden kann), wobei der Datenvektor yi ∈ ℝ auch als y1:n geschrieben werden kann.
  2. 2. Ein Maß der Übereinstimmung C(·), das vom Inhalt des Datensatzes abhängt. Dieses Maß der Übereinstimmung kann folgendermaßen ermittelt werden:
    • C(.) = logf (yi|θ). Dabei ist θ = [β, ε]T , wobei yi = i · β + ε und f(·) ist eine Gaußsche radiale Basisfunktion (linearer Gaußscher Kern).
  3. 3. Eine Konstante β, die nicht von der Anzahl oder der Position der (Zeit-)Punkte zwischen zwei Abschnitten abhängt. Die Konstante β beschreibt die Granularität der Approximation, also wie genau jeder Abschnitt linear approximiert werden soll. Die Konstante kann beispielsweise vorbestimmt sein oder von einem Benutzer angegeben werden.
  4. 4. Eine Konstante K, die die Bedingung C(y(t+1):s) + C(y(s+1):T) + K ≤ C(y(t+1):T) erfüllt. Dabei sind t und T Indizes der Zeit. Außerdem gilt t < s < T. C() ist eine Funktion, die für einen Abschnitt eine Abweichung einer approximierten Linie von einem ursprünglichen Verlauf beschreibt. Für die Konstante K kann beispielsweise 0 gewählt werden.
It will now be described how a pattern or shapelet can be identified in a data set. In this context, an algorithm will first be explained by means of which a data record, which represents the time course of a measured variable, can be divided into suitable sections. The following is used as input for this algorithm:
  1. 1. A data set that exists in the form (y 1 , y 2 , ···, y n ) (or can be brought into this), whereby the data vector y i ∈ ℝ can also be written as y 1: n .
  2. 2. A measure of correspondence C (·) that depends on the content of the record. This degree of conformity can be determined as follows:
    • C (.) = Logf (y i | θ). Here θ = [β, ε] T , where y i = i · β + ε and f (·) is a Gaussian radial basis function (linear Gaussian kernel).
  3. 3. A constant β that does not depend on the number or the position of the (time) points between two sections. The constant β describes the granularity of the approximation, i.e. how exactly each section should be linearly approximated. The constant can, for example, be predetermined or specified by a user.
  4. 4. A constant K that satisfies the condition C (y (t + 1): s ) + C (y (s + 1): T ) + K ≤ C (y (t + 1): T ). Here t and T are indices of time. In addition, t <s <T. C () is a function that describes a deviation of an approximated line from an original course for a section. For example, 0 can be chosen for the constant K.

Initialisierunginitialization

Es sei:

  1. 1. n die Länge der Daten,
  2. 2. F(0) = -β, cp(0) = {}, R1 = (0),
  3. 3. wobei F ( s ) = min T T S { i = 1 m + 1 [ C ( y ( τ i 1 + 1 ) : τ i ) + β ] }
    Figure DE102019214009B3_0001
    Die Funktion K stellt die gesamte Abweichung der approximierten Linie von dem ursprünglichen Verlauf dar.
  4. 4. s ist der Zeitindex am Ende des betrachteten Intervalls
  5. 5. Ts = {τ: 0 = τ0 < τ1 < ... < τs = s} ist ein Satz von möglichen (Zeit-)Punkten („change points“) zwischen benachbarten Abschnitten
  6. 6. Ri ist bis zum Zeitpunkt i der Satz von ausgewählten bzw. ermittelten Kandidaten für die change points, um später ein „Pruning“ durchzuführen.
Let it be:
  1. 1. n is the length of the data,
  2. 2. F (0) = -β, cp (0) = {}, R 1 = (0),
  3. 3. where F. ( s ) = min T T S. { i = 1 m + 1 [ C. ( y ( τ i - 1 + 1 ) : τ i ) + β ] }
    Figure DE102019214009B3_0001
    The function K represents the total deviation of the approximated line from the original course.
  4. 4. s is the time index at the end of the considered interval
  5. 5. T s = {τ: 0 = τ 01 <... <τ s = s} is a set of possible (time) points (“change points”) between adjacent sections
  6. 6. Up to time i, R i is the set of selected or determined candidates for the change points in order to carry out a “pruning” later.

Iterationiteration

Es wird folgende Iteration für τ* = 1, ···, n durchgeführt:

  1. 1. Berechnen von F(τ*) = minτ∈R τ* [F(τ) + c(y[(τ)] i+1 ]+1):τ*) + β],
  2. 2. Es sei τ1 = argminτ∈R τ* , [F(τ) + C(y(τ i+1+1):τ*) + β]
  3. 3. Es wird gesetzt: cp(τ*) = [cρ(τ1), τ1]
  4. 4. Es wird gesetzt: Rτ*+1 = {τ ∈ Rτ* U (τ*): F(τ) + C(yi+1+1):τ*) + K ≤ F(τ*)}
The following iteration is carried out for τ * = 1, ···, n:
  1. 1. Compute F (τ *) = min τ∈R τ * [F (τ) + c (y [(τ)] i + 1 ] +1 ): τ *) + β],
  2. 2. Let τ 1 = argmin τ∈R τ * , [F (τ) + C (y (τ i + 1 +1): τ *) + β]
  3. 3. It is set: cp (τ *) = [cρ (τ 1 ), τ 1 ]
  4. 4. It is set: R τ * + 1 = {τ ∈ R τ * U (τ *): F (τ) + C (y i + 1 +1): τ *) + K ≤ F (τ *)}

Als Output erhält man eine in cp(n) abgelegte Liste von change points.The output is a list of change points stored in cp (n).

Durch den oben beschriebenen Algorithmus kann eine Messkurve in Abschnitte unterteilt werden, um die Länge eines in der Messkurve auftretenden bzw. sich wiederholenden Musters abzuschätzen. Dies kann anschließend in einem „sliding window“-Ansatz benutzt werden - bei einem solchen Ansatz muss die Länge des „Windows“ definiert sein.Using the algorithm described above, a measurement curve can be divided into sections in order to estimate the length of a pattern that occurs or is repeated in the measurement curve. This can then be used in a “sliding window” approach - with such an approach the length of the “window” must be defined.

Vereinfacht kann das dem obigen Algorithmus zugrunde liegende Prinzip so beschrieben werden: In einer kontinuierlichen Kurve können auftretende Muster wie Impulse angesehen werden, also wie plötzliche Änderungen im Verlauf. Durch das Unterteilen in Abschnitte werden change points identifiziert. Zwei aufeinanderfolgende change points, durch die ein Abschnitt begrenzt wird, können als Begrenzung eines Musters angesehen werden.In simplified terms, the principle on which the above algorithm is based can be described as follows: In a continuous curve, patterns that occur can be viewed as impulses, i.e. as sudden changes in the course. By dividing it into sections, change points are identified. Two successive change points that delimit a section can be viewed as the delimitation of a pattern.

Der oben beschriebene Algorithmus basiert auf einem Algorithmus, der aus der folgenden wissenschaftlichen Veröffentlichung stammt, deren Inhalt durch Bezugnahme Bestandteil dieser Anmeldung wird:

  • R. Killick, P. Fearnhead, and I. Eckley, „Optimal detection of changepoints with a linear computational cost,“ Journal of the American Statistical Association, vol. 107, no. 500, pp. 1590-1598, 2012
The algorithm described above is based on an algorithm that comes from the following scientific publication, the content of which is incorporated by reference into this application:
  • R. Killick, P. Fearnhead, and I. Eckley, "Optimal detection of changepoints with a linear computational cost," Journal of the American Statistical Association, vol. 107, no. 500, pp. 1590-1598, 2012

Hier sei angemerkt, dass, wie oben erwähnt, die durch den Algorithmus bestimmte Länge zunächst nur eine (erste) Schätzung der tatsächlichen Länge des (sich wiederholenden) Musters ist. Die Schätzung kann später verfeinert werden.It should be noted here that, as mentioned above, the length determined by the algorithm is initially only a (first) estimate of the actual length of the (repetitive) pattern. The estimate can be refined later.

Durch den oben beschriebenen Algorithmus erhält man im allgemeinen Fall eine Anzahl von Abschnitten verschiedener Länge [li,1, ..., li,n] , wobei i ein Index ist, der den i-ten Abschnitt bezeichnet. Durch statistische Analyse kann untersucht werden, welche Länge am häufigsten auftritt. Diese kann im weiteren Verfahrensablauf als erste Schätzung der Länge des Musters benutzt werden. In einer Weiterentwicklung können hierfür auch die k am häufigsten auftretenden Längen als Kandidaten benutzt werden und die weiteren Verfahrensschritte für diese Kandidaten durchgeführt werden. Dabei kann anschließend der Kandidat als erste Schätzung der Länge des Musters benutzt werden, durch den in den weiteren Verfahrensschritten die besten Ergebnisse erzielt werden können.The algorithm described above generally gives a number of sections of different lengths [l i, 1 , ..., l i , n] , where i is a Is the index designating the i-th section. Statistical analysis can be used to examine which length occurs most frequently. This can be used in the further course of the process as a first estimate of the length of the pattern. In a further development, the k most frequently occurring lengths can also be used as candidates for this and the further procedural steps can be carried out for these candidates. The candidate can then be used as a first estimate of the length of the pattern, through which the best results can be achieved in the further process steps.

Eine initiale Schätzung eines sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Musters in verschiedenen Datensätzen kann mit Hilfe eines Autoencoders durchgeführt werden, wobei der Code im Autoencoder die wiederholenden Muster darstellt. Diese Art von Autoencoder ist aus der folgenden wissenschaftlichen Veröffentlichung bekannt, deren Inhalt durch Bezugnahme Bestandteil dieser Anmeldung wird:

  • K. Bascol, R. Emonet, E. Fromont and J. Odobez (2016) „Unsupervised Interpretable Pattern Discovery in Time Series Using Autoencoder“
An initial estimate of an at least approximately repeating pattern in different data sets can be carried out with the aid of an autoencoder, the code in the autoencoder representing the repeating patterns. This type of autoencoder is known from the following scientific publication, the content of which is incorporated by reference into this application:
  • K. Bascol, R. Emonet, E. Fromont and J. Odobez (2016) "Unsupervised Interpretable Pattern Discovery in Time Series Using Autoencoder"

Das Muster oder Shapelet kann basierend auf einem Verfahren identifiziert werden, das in der folgenden wissenschaftlichen Veröffentlichung vorgestellt wurde, deren Inhalt durch Bezugnahme Bestandteil dieser Anmeldung wird:

  • J.Grabocka, N. Schilling, M. Wistuba, L. Schmidt-Thieme (2014) „Learning Time-Series Shapelets“, Information Systems and Machine Learning Lab, Universität Hildesheim
The pattern or shapelet can be identified based on a method presented in the following scientific publication, the content of which is incorporated by reference into this application:
  • J.Grabocka, N. Schilling, M. Wistuba, L. Schmidt-Thieme (2014) "Learning Time-Series Shapelets", Information Systems and Machine Learning Lab, University of Hildesheim

Als Input für dieses Verfahren wird ein Datensatz angesehen, der den zeitlichen Verlauf einer Messgröße in einem Zeitintervall von vordefinierter Länge darstellt. Als Output erhält man eine Wahrscheinlichkeit für verschiedene Kandidaten von Shapelets, die in dem zeitlichen Verlauf der Messgröße auftreten.The input for this method is a data record that shows the time course of a measured variable in a time interval of a predefined length. The output is a probability for different candidates of shapelets that occur in the course of the measured variable over time.

Für jeden Shapelet-Kandidat werden die folgenden Schritte durchgeführt:

  • Zunächst wird das Input-Signal in Abschnitte unterteilt, deren Länge der Länge des Shapelets entspricht. Anschließend wird untersucht, wie sehr der Verlauf der Messkurve innerhalb eines Abschnitts dem Shapelet-Kandidat ähnelt. Hierzu kann innerhalb eines Zeitabschnitts der euklidische Abstand zwischen dem Verlauf der Messkurve von dem Shapelet ermittelt werden. Anschließend wird derjenige Zeitabschnitt ausgewählt, in dem der zeitliche Verlauf der Messgröße dem Shapelet-Kandidat am besten entspricht.
  • Sodann wird der kleinste Abstand des Abschnitts mit der besten Übereinstimmung zwischen Messgröße und Shapelet in eine Wahrscheinlichkeit umgewandelt, beispielsweise basierend auf einer Student-t-Verteilung. Dies kann gemäß der folgenden wissenschaftlichen Veröffentlichung erfolgen, deren Inhalt durch Bezugnahme Bestandteil dieser Anmeldung wird:
    • Xie, J., Girshick, R., & Farhadi, A. (2015) „Unsupervised Deep Embedding for Clustering Analysis“ .
For each Shapelet candidate, the following steps are taken:
  • First, the input signal is divided into sections, the length of which corresponds to the length of the shapelet. It is then examined how much the course of the measurement curve within a section resembles the Shapelet candidate. For this purpose, the Euclidean distance between the course of the measurement curve from the Shapelet can be determined within a time segment. Then that time segment is selected in which the temporal course of the measured variable corresponds best to the Shapelet candidate.
  • The smallest distance of the section with the best agreement between the measured variable and the Shapelet is then converted into a probability, for example based on a Student's t-distribution. This can be done in accordance with the following scientific publication, the content of which is incorporated by reference into this application:
    • Xie, J., Girshick, R., & Farhadi, A. (2015) "Unsupervised Deep Embedding for Clustering Analysis" .

Als Kostenfunktion kann in diesem Zusammenhang die Kullback-Leibler-Divergenz benutzt werden. Diese stellt ein Maß für die Unterschiedlichkeit zwischen zwei Wahrscheinlichkeitsverteilungen dar, insbesondere zwischen einer aktuellen Verteilung und einer angestrebten Verteilung.In this context, the Kullback-Leibler divergence can be used as a cost function. This represents a measure of the difference between two probability distributions, in particular between a current distribution and a desired distribution.

Um die Länge der Shapelet-Kandidaten auszuwählen, kann beispielsweise eine Eingabe über eine Benutzerschnittstelle abgefragt werden. Auf diese Weise kann ein Benutzerbeispielsweise nach visueller Beurteilung einer grafischen Darstellung des Verlaufs der Messgröße - die (zeitliche) Länge eines in dem Datensatz auftretenden Shapelets abschätzen und eine entsprechende Eingabe machen. Alternativ kann die Unterteilung in Abschnitte auch nach dem oben beschriebenen Algorithmus erfolgen.In order to select the length of the Shapelet candidates, an input can be requested via a user interface, for example. In this way, a user can, for example, after visually assessing a graphic representation of the course of the measured variable, estimate the (temporal) length of a shapelet appearing in the data set and make a corresponding input. Alternatively, the subdivision into sections can also take place according to the algorithm described above.

In erfindungsgemäßen Verfahren kann es vorkommen, dass eine zunächst geschätzte (zeitliche) Länge eines Musters zu lang oder zu kurz angesetzt wird, dass also die tatsächliche Länge eines Musters kürzer oder länger ist als die anfangs geschätzte Länge. Um die Länge genauer zu ermitteln oder zu schätzen bzw. um eine Korrektur vorzunehmen, kann der im Folgenden beschriebene Ansatz verwendet werden.In the method according to the invention it can happen that an initially estimated (temporal) length of a pattern is set too long or too short, that is, the actual length of a pattern is shorter or longer than the initially estimated length. In order to determine or estimate the length more precisely or to make a correction, the approach described below can be used.

Es sei sk = (sk,1, ···, sk,M) eine Menge von Punkten, die ein sich wiederholendes Muster der Länge M darstellen. Die tatsächliche Länge des Musters sei aber T, wobei T < M. Während des Berechnens einer Übereinstimmung zwischen einer Teilsequenz von Messpunkten mit der Länge Q und Kandidaten sk von Mustern wird eine Korrelation zwischen der Teilsequenz und den Kandidaten von Mustern unter Berücksichtigung von möglichen Verschiebungen (shifts) durchgeführt. Ein Kandidat eines Musters unter Berücksichtigung von möglichen Verschiebungen kann folgendermaßen ausgedrückt werden: s k , ( ω ) = { 0 , 0 , , 0 | ω | , s k ,1 , , s k , M ω ) , ω 0 s k , M + ω , , s k , M , 0,0, , 0 ) | ω | ω < 0

Figure DE102019214009B3_0002
Let s k = (s k, 1 , ···, s k, M ) be a set of points that represent a repeating pattern of length M. The actual length of the pattern is, however, T, where T <M. During the calculation of a correspondence between a partial sequence of measurement points with the length Q and candidates s k of patterns, a correlation between the partial sequence and the candidates of patterns is established, taking into account possible shifts (shifts) carried out. A candidate of a pattern taking possible shifts into account can be expressed as follows: s k , ( ω ) = { 0 , 0 , , 0 | ω | , s k ,1 , , s k , M. - ω ) , ω 0 s k , M. + ω , , s k , M. , 0.0, , 0 ) | ω | ω < 0
Figure DE102019214009B3_0002

Dabei ist ω die Länge einer Verschiebung, wobei eine positive Verschiebung eine Verschiebung nach rechts ist und eine negative Verschiebung eine Verschiebung nach links ist. Dieser einer Verschiebung unterworfene Kandidat eines Musters wird dann mit der Teilsequenz von Messpunkten t der Teilsequenz der Länge Q korreliert. Die Korrelation zwischen den zwei Signalen kann durch den folgenden Ausdruck definiert werden: C C ( τ ) = i = τ τ + M t i s K , ( ω ) , i

Figure DE102019214009B3_0003
Here, ω is the length of a shift, a positive shift being a shift to the right and a negative shift being a shift to the left. This candidate of a pattern, which is subject to a shift, is then correlated with the partial sequence of measurement points t of the partial sequence of length Q. The correlation between the two signals can be defined by the following expression: C. C. ( τ ) = i = τ τ + M. t i s K , ( ω ) , i
Figure DE102019214009B3_0003

Für jeden einer Verschiebung unterworfene Kandidat sk,(ω) eines Musters kann eine Stelle in der Teilsequenz t gefunden werden, für die das innere Produkt zwischen den Signalen maximal wird. Danach werden diese Maxima der Korrelation für die verschiedenen Verschiebungen verglichen. Daraus ergibt sich eine optimale Verschiebung und somit eine bestmöglich bestimmbare oder tatsächliche Länge des sich wiederholenden Musters.For each candidate s k, (ω) of a pattern that is subjected to a shift, a position can be found in the partial sequence t for which the inner product between the signals becomes a maximum. Then these maxima of the correlation are compared for the various shifts. This results in an optimal shift and thus an optimally determinable or actual length of the repeating pattern.

Falls die Länge M des sich wiederholenden Musters kleiner ist als die tatsächliche Länge T, ist zu erwarten, dass mindestens zwei Muster auftreten, wobei das Ende eines der Muster in der Nähe des Anfangs eines anderen der Muster liegt bzw. das Ende des einen mit dem Anfang des anderen Musters zusammenfällt, so dass das eine Muster gewissermaßen in das andere Muster übergeht. Die Stellen der maximalen Korrelation Als verschiedene „Kanäle“ können beispielsweise die Messdaten dienen, die an verschiedenen Stellen eines Manipulators oder Roboters erfasst wurden, beispielsweise an verschiedenen Achsen eines Roboters gemessen wurden. Dabei kann es sich um die gleichen physikalischen Größen handeln (z.B. Drehmoment an Achse x und Drehmoment an Achse y) oder um verschiedene (z.B. Drehmoment an Achse x und (Winkel-)Position an Achse y). Ebenso kann es sich bei den verschiedenen Kanälen um verschiedene physikalische Größen an der gleichen Stelle handeln (z.B. Drehmoment und (Winkel-)Position an Achse x).If the length M of the repeating pattern is less than the actual length T, then at least two patterns can be expected to occur, with the end of one of the patterns near the start of another of the patterns or the end of one with the The beginning of the other pattern coincides, so that one pattern merges into the other pattern. The points of maximum correlation The measurement data that were recorded at different points on a manipulator or robot, for example measured on different axes of a robot, can serve as different “channels”. These can be the same physical quantities (e.g. torque on axis x and torque on axis y) or different (e.g. torque on axis x and (angular) position on axis y). The different channels can also be different physical quantities at the same point (e.g. torque and (angular) position on axis x).

Die für die verschiedenen Kanäle erhaltenen Ergebnisse können dann miteinander verglichen werden, was - verglichen mit der Betrachtung nur eines Kanals - einer genaueren Steuerung, Überwachung oder Diagnose dienen kann.The results obtained for the various channels can then be compared with one another, which - compared with the consideration of only one channel - can be used for more precise control, monitoring or diagnosis.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1, 2, 31, 2, 3
Messpunkte/-kurve; Verlauf einer MessgrößeMeasuring points / curve; Course of a measured variable
1010
TiefpunktLow point
1111
HochpunktHigh point
3030th
Zeitabschnitt / Länge eines ZeitabschnittsTime segment / length of a time segment
31, 3231, 32
Segment / BereichSegment / area
33, 3433, 34
GeradeStraight
35, 3635, 36
Muster / ShapeletPattern / Shapelet
40 - 4540-45
VerfahrensschritteProcedural steps

Claims (15)

Verfahren zum Analysieren von Sensormessdaten eines Roboters oder Manipulators, aufweisend: - Empfangen oder Ermitteln (41) eines Datensatzes von Sensormessdaten, die einen zeitlichen Verlauf einer Messgröße darstellen; - Identifizieren (42) wenigstens eines sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Musters (35, 36) im zeitlichen Verlauf der Messgröße in dem Datensatz; - Unterteilen (43) des Datensatzes in mehrere Abschnitte, wobei jeder Abschnitt einem Zeitabschnitt (30) entspricht, der wenigstens näherungsweise die Dauer des sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Musters hat; und - Ermitteln (44), in welchen Abschnitten das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster oder ein davon innerhalb eines Toleranzbereichs abweichendes Muster auftritt, wobei das Identifizieren des wenigstens einen sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Musters aufweist: - Empfangen einer Eingabe, die eine geschätzte Dauer des sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Musters angibt und/oder eine Schätzung angibt, wie oft das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster in dem Datensatz auftritt; und wobei der Datensatz während des Ablaufs des Verfahrens durch Auswerten von Sensorsignalen ermittelt wird, die erzeugt werden, während der Roboter oder Manipulator eine Aktion ausführt oder sich in einem bestimmten Zustand befindet, oder der Datensatz vorab erzeugt und gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt analysiert wird.Method for analyzing sensor measurement data of a robot or manipulator, comprising: - Receiving or determining (41) a data set of sensor measurement data which represent a time course of a measured variable; - Identifying (42) at least one at least approximately repeating pattern (35, 36) over time of the measured variable in the data set; - Subdividing (43) the data set into several sections, each section corresponding to a time section (30) which has at least approximately the duration of the at least approximately repeating pattern; and - Determining (44) in which sections the at least approximately repeating pattern or a pattern deviating therefrom within a tolerance range occurs, the identification of the at least one at least approximately repeating pattern having: Receiving an input which indicates an estimated duration of the at least approximately repeating pattern and / or indicates an estimate of how often the at least approximately repeating pattern occurs in the data set; and wherein the data set is determined during the course of the method by evaluating sensor signals that are generated while the robot or manipulator is performing an action or is in a certain state, or the data set is generated and stored in advance and analyzed at a later point in time . Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Eingabe über eine Benutzerschnittstelle von einem Benutzer empfangen wird.Procedure according to Claim 1 wherein the input is received from a user via a user interface. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Unterteilen des Datensatzes durch einen „sliding window“-Ansatz erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the subdivision of the data record takes place using a “sliding window” approach. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend das Gruppieren der Abschnitte des Datensatzes in wenigstens zwei Segmente, so dass jedes Segment einen oder mehrere Abschnitte enthält, wobei im Falle, dass ein Segment zwei oder mehr Abschnitte enthält, die entsprechenden Zeitabschnitte zeitlich benachbart sind, wobei alle Abschnitte in einem ersten der wenigstens zwei Segmente das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster aufweisen und alle Abschnitte in einem zweiten der wenigstens zwei Segmente das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster nicht aufweisen.Method according to one of the preceding claims, further comprising grouping the sections of the data set into at least two segments, so that each segment contains one or more sections, wherein in the event that a segment contains two or more sections, the corresponding time sections are temporally adjacent, wherein all sections in a first of the at least two segments are at least approximately have repeating patterns and all sections in a second of the at least two segments do not have the at least approximately repeating pattern. Verfahren nach Anspruch 4, ferner aufweisend das Identifizieren eines Zeitpunktes zwischen zwei zeitlich benachbarten Segmenten.Procedure according to Claim 4 , further comprising identifying a point in time between two temporally adjacent segments. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, ferner aufweisend das Anpassen einer Kurve an die Sensormessdaten innerhalb eines Segments.Procedure according to Claim 4 or 5 , further comprising adapting a curve to the sensor measurement data within a segment. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Anpassen mittels eines Regressionsverfahrens durchgeführt wird.Procedure according to Claim 6 , wherein the adaptation is carried out by means of a regression method. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend das Ersetzen des identifizierten Musters durch ein modifiziertes Muster, um das Ermitteln, in welchen Abschnitten das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster oder ein davon innerhalb eines Toleranzbereichs abweichendes Muster auftritt, basierend auf dem modifizierten Muster durchzuführen.Method according to one of the preceding claims, further comprising replacing the identified pattern with a modified pattern in order to determine in which sections the at least approximately repeating pattern or a pattern deviating therefrom within a tolerance range occurs based on the modified pattern. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das modifizierte Muster basierend auf dem sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Muster bzw. dem davon innerhalb eines Toleranzbereichs abweichenden Muster ermittelt wird.Procedure according to Claim 8 , wherein the modified pattern is determined based on the at least approximately repeating pattern or the pattern deviating therefrom within a tolerance range. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das modifizierte Muster basierend auf den Sensormessdaten, die das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster bzw. das davon innerhalb eines Toleranzbereichs abweichende Muster darstellen, ermittelt wird.Procedure according to Claim 9 wherein the modified pattern is determined based on the sensor measurement data which represent the at least approximately repeating pattern or the pattern deviating therefrom within a tolerance range. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das modifizierte Muster durch Mittelwertbildung basierend auf diesen Sensormessdaten aus den mehreren oder allen Abschnitten, in denen das sich wenigstens näherungsweise wiederholende Muster oder das davon innerhalb eines Toleranzbereichs abweichende Muster auftritt, ermittelt wird.Procedure according to Claim 10 , wherein the modified pattern is determined by averaging based on this sensor measurement data from the several or all sections in which the at least approximately repeating pattern or the pattern deviating therefrom within a tolerance range occurs. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Identifizieren des wenigstens einen sich wenigstens näherungsweise wiederholenden Musters mithilfe eines Autoencoders durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the identification of the at least one at least approximately repeating pattern is carried out with the aid of an autoencoder. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Device for carrying out a method according to one of the preceding claims. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.Computer program for carrying out a method according to one of the Claims 1 to 12th . Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.Computer program product with a program code, which is stored on a computer-readable medium, for carrying out a method according to one of the Claims 1 to 12th .
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