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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ausfallvorhersagesystem.
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Stand der Technik
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Es ist eine Technologie beschrieben worden, die den Ausfall eines Roboters vorhersagen kann, das heißt ein Ausfallsymptom des Roboters detektieren, und einen Anwender benachrichtigen kann, bevor es nicht mehr länger möglich ist, richtig zu arbeiten. Allgemein ist bekannt gewesen, dass das Antriebsdrehmoment während des Betriebs ansteigt, wenn es einen Ausfall des Roboters gibt. Daher ist vorgeschlagen worden, den Ausfall durch Überwachen einer Änderung beim Antriebsdrehmoment oder dergleichen vorherzusagen. Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 eine Technologie, die eine Ausfalldiagnose gemäß der Größenbeziehung zwischen dem Messwert und einem Referenzwert einer Sensorgruppe wie etwa einem Drehmomentsensor, Temperatursensor und Beschleunigungssensor implementiert.
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Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer
JP 2006-285884A -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das Ausmaß von Anstieg beim Antriebsdrehmoment, bis der Roboter einen Ausfall erreicht, und dem Antriebsdrehmoment während des Ausfallauftritts differieren, entsprechend dem Betriebsmuster des Roboters. Aus diesem Grund gibt es beim Verfahren, das einen Strommesswert mit einem Referenzwert vergleicht, wie in Patentdokument 1 offenbart, ein Problem beim Bestimmen, das ein Ausfall nahe ist, unabhängig davon, dass die Lebenserwartung des Roboters lang ist. Aus diesem Grund ist ein Ausfallvorhersagesystem wünschenswert gewesen, welches genau den Ausfall eines Roboters vorhersagen kann, unabhängig vom Betriebsmuster des Roboters.
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Ein Ausfallvorhersagesystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet: eine Drehmomentwert-Sammeleinheit, die Drehmomentwerte einer Antriebsachse eines Roboters sammelt, der gemäß einem gegebenen Arbeitsprogramm arbeitet; eine Evaluierungsformel-Ableitungseinheit, die eine Evaluierungsformel ableitet, die eine Zeitänderung des Drehmomentwertes, der am jüngsten ist, aus den durch die Drehmomentwert-Sammeleinheit gesammelten Drehmomentwerten approximiert; eine Schwellenwert-Einstelleinheit, die einen Ausfallschwellenwert einstellt, welcher der Drehmomentwert ist, bei welchem festgestellt wird, dass ein Ausfall der Antriebsachse auftritt, basierend auf der Evaluierungsformel und der Zeitänderung des Drehmomentwerts, als die Antriebsachse in der Vergangenheit den Ausfall erreichte; und eine Vorhersage-Bestimmungseinheit, die einen Schätzwert für den Drehmomentwert berechnet, wenn eine vorab eingestellte Vorhersagezeit in der Evaluierungsformel verstrichen ist, und bestimmt, ob ein Ausfall der Antriebsachse innerhalb der Vorhersagezeit anhand dem Vergleich zwischen dem Schätzwert und dem Ausfallschwellenwert vorhergesagt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Ausfall eines Roboters genau vorherzusagen.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration eines Robotersystems zeigt, das mit einem Ausfallvorhersagesystem eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgerüstet ist;
- 2 ist ein Graph, der eine Evaluierungsformel eines Drehmomentwerts in einem Ausfallvorhersagesystem von 1 illustriert;
- 3 ist eine Ansicht, die eine Anzeige durch eine Anzeigesteuereinheit des Ausfallvorhersagesystems in 1 illustriert; und
- 4 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerablauf durch das Ausfallvorhersagesystem in 1 zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. 1 zeigt die Konfiguration eines mit einem Ausfallvorhersagesystem 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstetes Robotersystem.
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Das Robotersystem beinhaltet: einen Roboter R, eine Robotersteuervorrichtung C, die den Roboter R steuert, ein Ausfallvorhersagesystem 1, welches mit der Robotersteuervorrichtung C kommuniziert, und einen Monitor M, für welchen die Anzeigeinhalte durch das Ausfallvorhersagesystem 1 gesteuert werden.
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Der Roboter R weist eine Vielzahl von Antriebsachsen J1, J2, J3, J4, J5, J6 auf, und eine Hand H, die in der Lage ist, ein Werkstück zu halten, wird beispielsweise an dessen Führungsende vorgesehen. Der Roboter R kann die gewünschte Operation durchführen, indem die Hand H veranlasst wird, sich mittels des Antriebs der Antriebsachsen J1 bis J6 zu bewegen. Der Roboter R kann als ein Vertikalgelenksroboter etabliert sein, wie gezeigt, ist aber nicht darauf beschränkt und kann ein Cartesischer Koordinaten-Roboter, SCARA-Roboter, Parallelgelenksroboter etc. sein. Der Roboter R ist als eine Konfiguration etabliert, die eine Drehmomentdetektionseinheit aufweist, welche die Drehmomentwerte jeder Antriebsachse J1 bis J6 detektiert (z. B. Drehmoment, elektrischer Stromwert etc. vom Motorantrieb der Antriebsachse).
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Die Robotersteuervorrichtung C veranlasst den Roboter R, gemäß einem gegebenen Betriebsprogramm zu arbeiten. Spezifischer berechnet die Robotersteuervorrichtung C die Position oder Geschwindigkeit jederzeit jeder Antriebsachse J1 bis J6 des Roboters R, die erforderlich ist, um den Betrieb gemäß einem Bearbeitungsprogramm durchzuführen und kann als eine bekannte Konfiguration etabliert sein, welche den notwendigen elektrischen Strom an die jeweiligen Antriebsachsen J1 bis J6 des Roboters R anlegt. Zusätzlich empfängt die Robotersteuervorrichtung C das Rückkopplungssignal des Antriebsdrehmomentes jeder Antriebsachse J1 bis J6 aus dem Roboter R und sendet einen Drehmomentwert jeder Antriebsachse J1 bis J6 an das Ausfallvorhersagesystem.
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Der Monitor M kann durch eine Anzeigevorrichtung konfiguriert sein, wie etwa beispielsweise einen Flüssigkristall-Anzeigepanel. Der Monitor M kann am Ausfallvorhersagesystem 1 angebracht sein, kann an der Robotersteuervorrichtung C angebracht sein, oder kann an einem vom Ausfallvorhersagesystem 1 und der Robotersteuervorrichtung C beabstandeten Ort vorgesehen sein, z. B. eine Position, die von vielen Orten in der Fabrik einsehbar ist, in welcher der Roboter R installiert ist.
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Das Ausfallvorhersagesystem 1 beinhaltet: eine Drehmomentwert-Sammeleinheit 10, welche die Drehmomentwerte der Antriebsachsen J1 bis J6 des Roboters R sammelt; eine Evaluierungsformel-Ableitungseinheit 20, welche eine Evaluierungsformel ableitet, welche die Zeitänderung des letzten Drehmomentwertes approximiert; eine Schwellenwert-Einstelleinheit 30, die einen Ausfallschwellenwert einstellt, der ein Drehmomentwert ist, bei welchem festgestellt wird, das ein Ausfall der Antriebsachsen J1 bis J6 auftritt; eine Vorhersagebestimmungseinheit 40, die bestimmt, ob der Ausfall einer der Antriebsachsen J1 bis J6 innerhalb einer Vorhersagezeit vorhergesagt wird; und eine Anzeigesteuereinheit 50, die einen Drehmomentwert und Bestimmungsergebnisse der Vorhersagebestimmungseinheit 40 auf dem Monitor M anzeigt.
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Das Ausfallvorhersagesystem 1 kann beispielsweise konfiguriert sein durch Realisieren des angemessenen Steuerprogramms in einer Computervorrichtung, die eine CPU, einen Speicher, eine Kommunikationsschnittstelle etc. aufweist. Die Drehmomentwert-Sammeleinheit 10, die Schwellenwert-Einstelleinheit 30, die Vorhersagebestimmungseinheit 40 und die Anzeigesteuereinheit 50 sind funktionell unterschieden und müssen nicht notwendiger Weise in der mechanischen Konfiguration und der Programmkonfiguration klar unterscheidbar sein. Die Kommunikation zwischen dem Ausfallvorhersagesystem 1 und der Robotersteuervorrichtung C kann über ein Netzwerk oder eine dedizierte Kommunikationsleitung durchgeführt werden.
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Die Drehmomentwert-Sammeleinheit 10 sammelt eine Zeitreihe von Drehmomentwerten der Antriebsachsen J1 bis J6 des gemäß dem Arbeitsprogramm betriebenen Roboter R aus der Robotersteuervorrichtung C. Mit anderen Worten speichert die Drehmomentwert-Sammeleinheit 10 den Wert jeder Zeit des Antriebsdrehmomentes jeder der Vielzahl von Antriebsachsen J1 bis J6.
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Zusätzlich kann die Drehmomentwert-Sammeleinheit 10 ein Signal empfangen, das ein Arbeitsprogramm spezifiziert, das ausgeführt wird, oder ein Signal aus der Robotersteuervorrichtung C, das eine Änderung im Arbeitsprogramm mitteilt, die während einer Änderung beim Arbeitsprogramm gesammelten Drehmomentwerte rücksetzen und neue Drehmomentwerte sammeln. Da es dadurch möglich ist, so zu konfigurieren, dass der Drehmomentwert während der Ausführung eines Arbeitsprogramms, das sich von dem aktuell ausgeführt werdenden Arbeitsprogramm unterscheidet, bei der Ausfallvorhersage nicht zu reflektieren, ist es möglich genau den Ausfall der Antriebsachsen J1 bis J6 bei den aktuellen Betriebsbedingungen des Roboters R vorherzusagen.
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Die Evaluierungsformel-Ableitungseinheit 20 leitet für jede Antriebsachse J1 bis J6 eine Evaluierungsformel ab, welche die Zeitänderung beim Drehmomentwert der Antriebsachsen J1 bis J6 des gemäß dem jüngsten (innerhalb eines festen Zeitbereichs bis zur Gegenwart) Arbeitsprogramms arbeitenden Roboter R aus durch die Drehmomentwert-Sammeleinheit 10 gesammelten Drehmomentwerten annähert. Als Beispiel, wie in 2 gezeigt, kann die Evaluierungsformel-Ableitungseinheit 20 eine lineare Funktion Y (t) = at+b (a, b sind Kostanten) verwenden, die durch eine Punkt-Strich-Linie gezeigt ist, als die Evaluierungsformel, welche die Zeitänderung des durch die durchgezogene Linie gezeigten tatsächlichen Drehmomentwerts annähert. Mit anderen Worten berechnet die Evaluierungsformel-Ableitungseinheit 20 die Werte der Konstanten a, b so, dass die Evaluierungsformel Y (t) = at+b zu einer Formel wird, welche den tatsächlichen Drehmomentwert repräsentiert.
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Die Schwellenwert-Einstelleinheit 30 stellt den Ausfallschwellenwert ein, der ein Drehmomentwert ist, an welchem bestimmt wird, dass ein Ausfall der Antriebsachsen J1 bis J6 auftritt, für jede Antriebsachse J1 bis J6, basierend auf der Zeitänderung des Drehmomentwerts, als die Antriebsachsen J1 bis J6 in der Vergangenheit ausfielen, und der Evaluierungsformel, welche die Zeitänderung des jüngsten Drehmomentwerts der Antriebsachsen J1 bis J6 annähert. Der Wert von b in der Evaluierungsformel Y (t) ändert sich abhängig vom jüngsten Drehmomentwert, welcher durch die Drehmomentwert-Sammeleinheit 10 gesammelt wird; daher ist es möglich, den angemessenen Ausfallschwellenwert einzustellen.
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Aus diesem Grund speichert die Schwellenwert-Einstelleinheit 30 die Zeitänderung vom Drehmomentwert, wenn die Antriebsachsen J1 bis J6 in der Vergangenheit ausfielen. Der Drehmomentwert beim Ausfall in der Vergangenheit kann die durch Experiment oder dergleichen gesammelten Drehmomentwerte verwenden oder kann eine Kopie von für denselben Typ von Roboter R gesammelten Drehmomentwerten sein. Der Drehmomentwert beim Ausfall in der Vergangenheit unterscheidet sich vom jüngsten Drehmomentwert der Drehmomentwert-Sammeleinheit 10 und wird gesichert, ohne dass er, auch während Änderung des Arbeitsprogramms, gelöscht wird.
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Die Schwellenwert-Einstelleinheit 30 der vorliegenden Ausführungsform berechnet für jede der Antriebsachsen J1 bis J6 die Betriebszeit bis die Antriebsachse J1 bis J6 ausfällt, und den Drehmomentwert zu dieser Zeit, und berechnet den Durchschnittswert ts bei der Betriebszeit bis der Ausfall erreicht wird, und den Durchschnittswert τ und Standardabweichungen σ des Drehmomentwerts während des Ausfallauftritts. Als Nächstes entscheidet die Schwellenwert-Einstelleinheit 30, den Durchschnittswert τ und die Standardabweichung σ des Drehmomentwerts während des Ausfallauftritts berücksichtigend, für jede Antriebsachse J1 bis J6 über einen Sicherheitsfaktor K, der eine Konstante ist, die als ein Verhältnis des Drehmomentwertes, bei welchem es bestimmt werden kann, eine hohe Wahrscheinlichkeit des Ausfallauftritts aufzuweisen (beispielsweise Drehmomentwert während tatsächlichen Ausfallauftritts, der ein Wert ist, zu dem gelangt wird durch Subtrahieren von zwei Mal Standardabweichung vom Durchschnittswert) relativ zum Durchschnittswert berechnet wird.
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Zusätzlich kann die Schwellenwert-Einstelleinheit 30 so konfiguriert sein, dass sie den Durchschnittswert ts der Betriebszeit bis zum Erreichen des Ausfalls, vorab berechnet, und den Sicherheitsfaktor K speichert, ohne tatsächlich die Berechnung des Durchschnittswerts ts der Betriebszeit bis Erreichen des Ausfalls etc. durchzuführen. In diesem Fall kann es sein, dass die Schwellenwert-Einstelleinheit 30 nicht notwendiger Weise den Drehmomentwert speichert, wenn ein Ausfall in der Vergangenheit erreicht wurde.
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Die Schwellenwert-Einstelleinheit 30 stellt als den Ausfallschwellenwert einen Wert ein, zu welchem man durch Multiplizieren des Sicherheitsfaktors K mit dem Drehmomentwert Y (ts) gelangt, welcher durch Zuweisen des Durchschnittswerts ts der Betriebszeit bis zum Erreichen des Ausfalls zur Zeit t dieser Evaluierungsformel Y (t) = at+b ermittelt wird.
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Die Vorhersagebestimmungseinheit 40 berechnet einen Schätzwert für den Drehmomentwert, wenn eine vorab eingestellte Vorhersagezeit verstrichen wird, unter Verwendung der Evaluierungsformel Y (t), basierend auf der Zeitänderung des jüngsten Drehmomentwerts, welcher durch die Evaluierungsformel-Ableitungseinheit 20 abgeleitet wird. Dann vergleicht die Vorhersagebestimmungseinheit 40 den Schätzwert und Ausfallschwellenwert und bestimmt, dass ein Ausfall der Antriebsachsen J1 bis J6 in dem Fall vorhergesagt wird, bei dem der Schätzwert zumindest der Ausfallschwellenwert ist.
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Die Anzeigesteuereinheit 50, wie in 3 gezeigt, zeigt den jüngsten Drehmomentwert als einen Graph auf dem Bildschirm auf dem Monitor M an, und in einem Fall, bei dem die Vorhersagebestimmungseinheit 40 bestimmt, dass ein Ausfall der Antriebsachsen J1 bis J6 vorhergesagt wird, zeigt dieses Ereignis unter Verwendung einer Markierung oder dergleichen an. Es ist dadurch möglich, dem Anwender des Ereignisses mitzuteilen, dass ein Ausfall vorhergesagt wird.
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Das Anzeigeverfahren des Markers über den Ausfall, der vorhergesagt wird, wie gezeigt, kann als ein Verfahren etabliert werden, dass eine Linie L anzeigt, welche die Zeit des letzten Drehmomentwerts angibt, wenn die Vorhersagebestimmungseinheit 40 bestimmt wird, dass der Ausfall der Antriebsachsen J1 bis J6 vorhergesagt war, auf dem Graphen der Drehmomentwerte. Diese Linie L wird vorzugsweise in einer Farbe (beispielsweise Rot etc.) angezeigt, die sich mehr hervorhebt als die, den Drehmomentwert auftragende Linie.
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4 zeigt die Abfolge der Ausfallvorhersage durch das Ausfallvorhersagesystem 1. Die Ausfallvorhersage durch das Ausfallvorhersagesystem 1 beinhaltet: einen Schritt des Sammelns von Drehmomentwerten der Antriebsachsen J1 bis J6 (Schritt S1); einen Schritt des Ableitens der Evaluierungsformel, welche den jüngsten Drehmomentwert approximiert (Schritt S2); einen Schritt des Einstellens des Ausfallschwellenwerts, basierend auf der Evaluierungsformel und dem Drehmomentwert beim Erreichen des Ausfalls in der Vergangenheit (Schritt S3); einen Schritt des Bestimmens, ob ein Ausfall vorhergesagt wird innerhalb der Vorhersagezeit, basierend auf der Evaluierungsformel und dem Ausfallschwellenwert (Schritt S4); ein Schritt des Anzeigens der Drehmomentwerte auf einem Zeitreihengraphen (Schritt S5); und einen Schritt des Anzeigens, in einem Fall, bei dem Ausfall vorhergesagt wird, der Endzeit des Drehmomentwerts, der als die Basis für diese Bestimmung dient, durch eine Linie auf dem Graphen (Schritt S6).
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Aufgrund dessen, das eine Evaluierungsformel abgeleitet wird, welche die Änderung bei Drehmomentwerten der Antriebsachsen J1 bis J6 durch Betrieb des Roboters R gemäß dem aktuell ausgeführt werdenden Arbeitsprogramm zeigt, und Einstellen des Ausfallschwellenwerts unter Verwendung dieser Evaluierungsformel, kann das Ausfallvorhersagesystem 1 den angemessenen Ausfallschwellenwert einstellen, welcher durch Wiederspiegeln des Abnutzungsgrads der Antriebsachsen J1 bis J6 in dem aktuellen Betrieb des Roboters R vorgenommen wird. Zusätzlich, aufgrund des Vergleichens der Drehmomentwerte der Antriebsachsen J1 bis J6 nach der Vorhersagezeit mit dem Ausfallschwellenwert, basierend auf der Evaluierungsformel, kann das Ausfallvorhersagesystem 1 Variation bei einer Karenzzeit gegenüber dann, wenn bestimmt wird, dass der Ausfall vorhergesagt wird, bis der tatsächliche Ausfall auftritt, unterdrücken. Auf diese Weise kann das Ausfallvorhersagesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung relativ genau den Ausfall des Roboters R vorhersagen.
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Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung oben erläutert worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorgenannte Ausführungsform beschränkt. Zusätzlich sind die in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen Effekte lediglich eine Auflistung der bevorzugtesten Effekte, die sich auf der vorliegenden Erfindung ergeben und sind die Effekte aus der vorliegenden Erfindung nicht auf jene in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen beschränkt.
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Im Ausfallvorhersagesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Evaluierungsformel-Ableitungseinheit die Zeitänderung des Ist-Drehmomentwertes annähern, mittels einer Mehrfach-Reihenfolgenfunktion (multi-order function), Exponentialfunktion oder einer Kombination davon.
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Im Ausfallvorhersagesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Anzeigesteuereinheit die Zeit des letzten Drehmomentwerts anzeigen, wenn die Vorhersagebestimmungseinheit bestimmte, dass ein Ausfall der Antriebsachse vorhergesagt wurde, durch ein anderes Verfahren als eine Linie beispielsweise ein Verfahren wie etwa einer Fallmarkierung oder Text, welcher die Zeit angibt.
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Zusätzlich ist im Ausfallvorhersagesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung die Anzeigesteuereinheit jegliche Konfiguration und ist hinreichend, solange wie sie in der Lage ist, die Bestätigung des Bestimmens zu ermöglichen, dass ein Ausfall durch ein anderes Mittel vorhergesagt wird. Als ein Beispiel kann das Ausfallvorhersagesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung als ein System etabliert werden, das eine Konfiguration aufweist, die ein Ereignis der Vorhersagebestimmungsvorrichtung, die bestimmt, das einen Ausfall vorhersagt, anstelle der Anzeigesteuereinheit aufzeichnet oder extern ausgibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ausfallvorhersagesystem
- 10
- Drehmomentwert-Sammeleinheit
- 20
- Evaluierungsformel-Ableitungseinheit
- 30
- Schwellenwert-Einstelleinheit
- 40
- Vorhersagebestimmungseinheit
- 50
- Anzeigesteuereinheit
- R
- Roboter
- J1, J2, J3, J4, J5, J6,
- Antriebsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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