自主机器人旨在减轻太阳能发电厂的重物搬运工作

建造太阳能发电厂绝非易事。每个光伏组件都非常重，需要两个人才能搬运。技术人员随后必须将它们吊装到位，然后进行必要的连接。安装人员必须在通常占地数十英亩、地形崎岖的场地内，在酷热难耐的高温下，整天重复这个过程。

电气承包公司Rosendin参与了这些太阳能发电厂的建设。该公司看到了一个机会，可以加快光伏组件的安装速度，提高安全性，并减轻技术人员的工作负担。Rosendin与机器人解决方案公司ULC Technologies合作，开发了业内首个自主机器人原型，该原型能够真正承担所有繁重的体力劳动。

罗森丁公司负责可再生能源业务的高级副总裁大卫·林肯于2019年首次提出这一想法，旨在减轻工人的体力劳动强度。这款机器人可以搬运沉重的光伏面板，使经验丰富的电工能够专注于固定面板和进行关键的电气连接。

一项艰巨的工作

林肯描述了光伏组件严苛的人工安装流程，正是这一流程启发了机器人的研发。首先，成托盘的组件每隔大约25英尺放置在太阳能发电厂现场，等待由10人小组进行安装。

林肯说：“这些模块现在重达80到90磅，需要两个人才能抬起来。”

安装人员将这些模块举过头顶。“他们平均每个模块要走20英尺，”林肯补充道。他们必须将每个模块放置在支撑结构上，同时其他工作人员进行连接。

据林肯称，在一个工作日里，一个工作小组将步行近四英里，搬运模块。

在 Rosendin 公司发布的一段关于该机器人的视频中，Rosendin 公司负责研发的高级副总裁 Bill Mazzetti 在谈到安装过程时说：“这不是人们做不了的工作，但也许是人们不应该做的工作。”

机器人设计

这款太阳能电池板安装机器人采用混合动力设计。其搭载的30千瓦柴油发电机可根据需要为机器的磷酸铁镁锂（LiFeMgPO4）电池充电，以确保可靠的运行。

林肯说：“我们最初合作并讨论设计方案时，最初的想法是采用一款易于维护的基本柴油发动机，其尺寸与小型挖掘机上的发动机类似。但随着项目的深入，我们开始讨论，如果我们把它做成全电动的会怎么样？”

后来，他们讨论了一款全电动机器人，重点关注充电难题，因为太阳能发电场的选址往往非常偏远。林肯表示，团队最终决定采用折衷方案，即混合动力解决方案。

该机器配备一个集成式机械臂，机械臂上有九个真空吸盘，可精确地提起和放置光伏面板。

林肯说：“我最初设计时，设想它的样子基本上就是一台小型挖掘机，上面装有一个反铲。”他还补充说，后来的想法是去掉反铲臂，换成一个可以抓取和吊起光伏组件的机械臂。

这台机器最初的设计也是由操作员驾驶的。

“但在设计迭代的过程中，我们发现或许可以去掉人工驾驶的部分，让它实现自动驾驶，这真的让大家都大开眼界，”林肯说道。

林肯表示，ULC公司利用其在现有机械臂方面的专业知识，对一台用于其他用途的机器进行了改造。随着两家公司的合作，机器人逐渐演变成目前的样机。

能够承受恶劣环境

这款自主机器是专门为应对太阳能发电厂安装的严苛条件而设计的。

林肯说：“这些大型公用事业规模的太阳能发电厂都建在非常偏远的地方。它们地处偏远，气候炎热，多雨，尘土飞扬，风很大，有时还会下冰雹。”

能够在特定条件下运行并易于维护是机器人研发的指导原则。例如，其中一个有意为之的选择是使用履带而非轮子进行移动。

林肯说：“我们很快就发现，在这些公用事业规模的太阳能发电厂里，轮式设备行不通。雨水、泥泞、灰尘，任何带充气轮胎的设备都无法使用。我们从一开始就知道，必须采用履带式设备。”

自主运行

该机器人配有两台履带式模块运输车，它们也能自主运行。这些运输车取代了现场按固定间隔放置的模块托盘。

林肯解释说，机器人沿着一排用于放置光伏组件的货架移动。两名电工分别站在货架两侧。

林肯说：“当机器人拿起一个模块并将其放到左侧的两人小组面前时，一旦它接近到距离目标2-3毫米的位置，吸盘就会松开。电工们拿到模块后，会将其安装到位。”

“与此同时，机械臂会再次升起，拿起另一个模块，然后前往另一侧。之后，另一组两名电工会接手。等他们完成工作后，机器人及其旁边的模块运输车就会一起升上去。”

林肯补充说，当其中一个模块运输车空了之后，它会自动返回附近可以重新装载模块的位置，然后再返回机器人处。与此同时，机器人会从第二个运输车中取出模块。

该机器人利用激光雷达进行障碍物检测和规避，实现自主运行。光伏面板的精确定位则通过GPS和KMZ地图绘制实现。

安全性及其他益处

减少船员的步行量，并取消重物搬运，带来了显著的安全效益。

林肯说：“所有扭伤、拉伤、绊倒的危险都被消除了——在机器人协助安装模块的帮助下，这些危险几乎为零。”

此外，它还让工作人员腾出时间执行其他任务，而没有对产量产生任何负面影响。

据林肯公司称，一个 10 人的小组在 8 小时的工作日内可以手动安装约 725 个模块。

他说：“（这台机器人）配备了五名工作人员——四名电工和一名待命的操作员。他们要在八小时内安装600个模块，而且这还是以50%的速度进行。”

其他好处还包括没有浪费。…