RP-Vita 是 InTouch 远程呈现 (RP) 系列产品中的最新产品。除用于无线咨询的手持设备 RP-Xpress 外，该公司还制造两款手动远程呈现推车：用于急诊室和 ICU 的 RP Lite，以及 RP Vantage，一种带动臂相机的外科远程呈现单元，远程用户可以将其放置在无菌区域。RP-7i 代表该公司首次涉足自主远程呈现机器人领域。在设计其最新系统 RP Vita 时，InTouch 努力构建一种拟人化版本，以根据需要导航到预映射位置，或让身处异地的操作员完全控制转向以及通信、视觉资料和数据。
RP-Vita 拥有一个 124.5 厘米高的“躯干”，其顶部配有显示器，作为其形式和功能意义上的头部。该机器人配有一套传感器，从激光测距仪到声纳，可提供具有避障功能的设施三维映射能力。多个 I/O 通道可让医生、患者和员工之间进行双向沟通，同时便于与诊断设备连接。可通过 iPad 进行远程控制，或使用内置触摸屏进行现场控制。
将如此多的功能集成到相对紧凑的单元中会带来很多挑战。除了要满足低噪声和提高效率以延长电池寿命等要求外，该系统还必须满足严格的医疗安全标准，以及辐射发射和电气噪声方面的严格限制。与工业机器人不同，RP-Vita 可在医院环境中移动、进出病房，有时由异地用户操作，有时则是自主行进。它需要灵活、性能可靠、美观。不过，最重要的是，它必须安全可靠。“它可能不会整天都在使用，但当卒中患者进来并需要与邻近医院的专家进行互动时，这个机器人必须在线且功能完整。”InTouch 的机械和电气工程部总监 Daniel Sanchez 说道。
平移和倾斜
医生的眼睛和耳朵对诊断和治疗过程至关重要。与 RP 系列中的其他设备一样，RP-Vita 的显示屏内置有两个高清摄像头。一个摄像头配备提供 180° 视野的鱼眼镜头；另一个摄像头具有超过 20 倍的光学变焦，可在两个摄像系统之间提供整体 120 倍的有效变焦能力，能支持异地医生做出任何操作，从导航穿过走廊到放大检查卒中患者的眼睛。
当然，即使是世界上最好的摄像头，如果没有指向正确方向，也毫无价值。InTouch 所有移动 RP 机器人的显示屏都拥有高分辨率平移和倾斜能力。RP-Vantage 和 RP-Lite 的显示屏均悬挂在圆柱形“颈部”上，后者大到足以容纳两个运动轴的组件。RP-Vita 的颈部在形状和尺寸上完全不同，尺寸仅为 10.2 厘米宽、3.8 厘米厚（见图 3）。该空间无法容纳两组电机、变速箱、编码器和联轴器等。为此，团队将运动轴分开，将平移组件定位在躯干顶部的“肩部”区域，将倾斜元件定位在显示器连接到颈部的区域。
这种方法只有一个缺点：现在，平移电机不仅要移动显示屏，还要移动倾斜轴的运动组件。设计人员需要一种可将惯性最小化的倾斜电机，同时还要能以 90 度/秒的速度扫描 2.3 千克重的显示屏。平移电机同样需要采用紧凑型设计。虽然躯干的肩部区域似乎为运动组件提供有足够的空间，但实际上大部分都已被占用。其一侧设有储物柜，装有耳机和听诊器；另一侧设有凹槽，可装用于私人谈话的电话，以及各种音频和视频输入端口。
“我们的工作空间非常狭小，却还需要电机产生足够的扭矩，同时非常精确。”Sanchez 说道。解决方案是来自 FAULHABER 的 FAULHABER 无铁芯直流电机。无铁芯电机采用具有自支撑设计的线圈，而不是通过在铁芯上包覆铜制成的转子。他注意到，“无铁芯电机具有非常低的电机惯性，这对我们很重要。”“FAULHABER 电机的高功率体积比特性非常理想。在电刷可能产生辐射发射方面，它们还具有非常好的电噪声特性。”
精度和分辨率对性能至关重要。在拥有宽平移范围和高变焦比的情况下，电机必须减速才能达到所需分辨率。RP-Vita 使用两种电机：一种是不带减速箱、直径为 26 毫米的直流电机，用作针对倾斜动作的谐波驱动齿轮系统的输入；另一种是与低回差行星减速机耦合的电机，用作针对平移动作的皮带轮减速级的输入。“在搭配高效的 120:1 变焦时，低回差显得尤为重要，这样我们就可以精确地指向目标。”他说道。“由于行星减速机具有低回差，我们获得了卓越的性能。”
该应用还面临其他挑战。尽管远程用户可完全控制显示屏的位置，但患者或现场工作人员可能也需要通过移动显示屏，来让互动更加舒适，或引导医生注意房间的不同部分。Sanchez 表示，“传动系统的反向驱动能力是关键，特别是考虑到我们有很高的减速比来实现这种精确运动并获得所需扭矩时。”
反馈
没有高分辨率反馈就不可能得到精确定位。问题是使用哪种类型。由于减速比较高，他们需要占用空间有限的多圈编码器。虽然增量编码器满足这一要求，但它需要在电源中断后重新定位。例如，对于 RP-Vantage，在手术期间重新定位根本不可行。
InTouch 的团队开发出一种创新混合解决方案，以解决这两个问题。为监视绝对位置，每个运动轴都包含用作绝对位置传感器的电位器。同时，每个轴还配有增量磁编码器，用于跟踪从某个起点产生的位移，从而让用户根据需要重新定位显示屏。“薄型磁编码器是我们的理想选择，因为它们体积小、分辨率高。”Sanchez 说道。“这对我们很关键。”基于 FPGA 的定制控制解决方案集成信息并执行路径规划。如果发生电源中断并重新启动的情况，电位器可向系统提供运动范围内每个轴的绝对位置的信息，以及来自增量编码器监视器重新定位的闭环反馈。
这是一种高效的设计。但在要投入生产时，InTouch 的团队将面临原始设备制造商的经典困境：制造还是购买？对于 InTouch，他们选择专注于控制和通信的核心价值，而将电机子组件留给运动供应商。他们没有选择装配分离组件，而是购买带有内置行星减速机的电机。FAULHABER 的子组件还内置了薄型编码器并添加自定义布线。到货的每个模块均已通过质量检查并可供使用。
这是一种行之有效的方法。目前，InTouch 已在现场部署 900 多个单元，尚未发现有单元的平移和倾斜系统出现故障。该运动子组件为他们节省装配时间和成本，并提供所需性能。通过创新设计和 FAULHABER 等优质供应商，InTouch 已在今天就将明天才会有的医疗带到边远社区。
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