Unsupervised Anomaly Detection of Industrial Robots Using Sliding-Window Convolutional Variational Autoencoder

自编码 滑动窗口协议 异常检测 计算机科学 人工智能 窗口(计算) 模式识别(心理学) 机器人 异常(物理) 卷积神经网络 无监督学习 计算机视觉 深度学习 物理 凝聚态物理 操作系统
作者
Tingting Chen,Xueping Liu,Bizhong Xia,Wei Wang,Yongzhi Lai
出处
期刊:IEEE Access [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:8: 47072-47081 被引量:63
标识
DOI:10.1109/access.2020.2977892
摘要

With growing dependence of industrial robots, a failure of an industrial robot may interrupt current operation or even overall manufacturing workflows in the entire production line, which can cause significant economic losses. Hence, it is very essential to maintain industrial robots to ensure high-level performance. It is widely desired to have a real-time technique to constantly monitor robots by collecting time series data from robots, which can automatically detect incipient failures before robots totally shut down. Model-based methods are typically used in anomaly detection for robots, yet explicit domain knowledge and accurate mathematical models are required. Data-driven techniques can overcome these limitations. However, a major difficulty for them is the lack of sufficient fault data of industrial robots. Besides, the used technique for anomaly detection of robots should be required to not only capture the temporal dependency in collected time series data, but also the inter-correlations between different metrics. In this paper, we introduce an unsupervised anomaly detection for industrial robots, sliding-window convolutional variational autoencoder (SWCVAE), which can realize real-time anomaly detection spatially and temporally by coping with multivariate time series data. This method has been verified by a KUKA KR6R 900SIXX industrial robot, and the results prove that the proposed model can successfully detect anomaly in the robot. Thus, this work presents a promising tool for condition-based maintenance of industrial robots.

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