一名工人正在为太阳能电池板安装机器人（左）编写指令，光伏组件运输车（右）则在附近待命。（图片：Rosendin）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。
必要时，可通过遥控器手动操控该机器人。（图片：Rosendin）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。
这是机器人拾取光伏组件的俯视图。该机器人从与其配合使用的自动组件搬运车上拾取组件。（图片：Rosendin）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。
林肯说：“安装完模块后，我们把它们拆下来送去测试。我们把模块送到了三个不同的测试机构，一百多个模块回来后都完好无损。没有微裂纹，什么问题都没有。所以，我们用吸盘取下模块并不会使保修失效。”
该机器人还能避免直接损坏模块。
“使用机器人的话，故障率几乎为零；而人工操作的话，我无法告诉你我们有多少模块损坏了，”他说。
不替换工人
林肯表示，对于业内人士可能担心裁员一半会导致失业的情况，不会出现这种情况，尤其是在太阳能发电行业长期劳动力短缺的情况下。
“我原本有10个人，现在只需要5个人，”他说。“这5个人，我可以安排他们去做一些更复杂、更需要他们的工作。所以，我们并没有减少劳动力，只是把他们的精力转移到其他事情上。”
据林肯公司称，该机器人及其模块载体可以装入一个40英尺的集装箱内运输。未来，这样的集装箱还将装载耗材和其他维护用品，以应对任何运行问题。多个集装箱可以部署到同一地点，每个机器人独立运行。
寻找制造商
虽然安装人员对机器人反响良好——林肯表示，他们是最早提出改进建议以提高机器人运行效率的群体之一——但罗森丁并非设备制造商。该公司一直以来的目标都是寻找合作伙伴来实现机器人的商业化。
机器人将一块光伏板交给一名工人。（图片：Rosendin）林肯说：“我们想找到一家制造商，能够接手这些产品，或许可以进行价值工程，进行第二版改进，并做出我们设想的其他一些调整，然后以这样的水平进行生产，以便我们可以将这些设备大量推向可再生能源行业。”
林肯在演示完机器人后表示，罗森丁公司已经收到许多关于购买机器人及其知识产权的问询，意在进行机器人的大规模生产。最近一次演示于4月17日在德克萨斯州阿比林附近一个正在建设中的大型太阳能项目现场进行。
“我们不从事制造业，但如果有人从我们这里拿走这些设备，买下所有东西并进行生产，我们要么会买下它们，要么会租回来自己使用，”他补充道。
罗森丁公司近日宣布，已开始接受出售其自主机器人解决方案的报价。该公司表示，将根据制造能力、市场覆盖范围以及推进可再生能源基础设施建设的承诺，对5月份收到的报价进行评估。
该公司表示，有兴趣制造和商业化该机器人系统的人可以直接拥有它，或者将其作为租赁车队的一部分，为全球太阳能建筑商提供服务。
