CN116370082B - 机械臂系统及外科手术系统 - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种机械臂系统，包括机械臂、电动工具、电源以及电机驱动器，机械臂具有基座端和末端；电动工具设置于机械臂的末端；电源设置在机械臂基座端一侧，用于输出恒定电流；电机驱动器，设置在机械臂的末端，用于驱动电动工具的电机；电机驱动器用于将恒定电流转换为电动工具所需的可变电流。其中电机驱动器的设置，既减少了电机驱动器和电机间电流通路受到的电磁干扰，又能满足外科手术系统的临床使用需求。

Description

机械臂系统及外科手术系统

技术领域

本公开涉及医疗器械领域，具体涉及机械臂系统及外科手术系统。

背景技术

机器人辅助的骨科手术系统中，一些系统提供机械臂搭载的机械定位结构，由外科医生操持电动摆锯或电动锉等动力工具在机械定位结构的导向下对骨进行操作；另一些系统中使用协作机械臂，机械臂搭载动力工具并提供对动力工具的导向，外科医生可以直接推动动力工具或机械臂末端对骨进行操作。

一般地，外科手术系统中的机械臂系统包括机械臂和台车。机械臂是复杂的机电结构，需要控制模块等配套附件。台车用于承载机械臂和配套附件。动力工具不需要很大的功率，因此多应用直流电机。直流电机中，无刷直流电机相对于有刷直流电机具有更好的性能，因此应用广泛。然而，无刷直流电机不能直接使用直流电源提供的恒定电流，需要使用经过驱动模块处理后形成的脉冲直流电。另外，无刷直流电机的正常运行还需控制模块接收控制信号以形成所需的脉冲直流电。在一般应用环境中，使用无刷直流电机的机器的驱动模块可以与电机较为集中地装配在一起，这样可以减少电机和驱动模块之间电缆的使用，有利于减少因脉冲直流电传输造成的电感损耗和电磁干扰。

然而，无刷直流电机应用在外科领域中会有其他限制。如，外科手术工具需要在术前进行消毒，而消毒(高温灭菌/等离子灭菌等)环境可能不是驱动模块或控制模块元器件的理想工作环境。另外，驱动模块和控制模块也会占据一定的空间，而外科手术工具一般要直接作用于患者身体，更小的体积是更合适的，以便于医生有更大大视野和操作空间。使用机器人的外科手术系统中也存在上述问题。已知当前的解决办法为，将驱动模块和控制模块与电机分开，二者设置在远离电动工具的位置。这样既不会增大电动工具的体积，也不需要对驱动模块进行消毒。当然，这样设置使得前述的集成装配的方式的优点(低电感损耗和低电磁干扰)不复存在。

发明内容

本公开提供一机械臂系统，至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

第一方面，提供一种机械臂系统，包括机械臂、电源以及电机驱动器。机械臂具有基座端和末端，末端用于连接外科手术用的电动工具；电源设置在机械臂基座端一侧，用于输出恒定电流；电机驱动器，设置在机械臂的末端，用于驱动电动工具的电机；电机驱动器用于将恒定电流转换为电动工具所需的可变电流。

在第一种可能的实现方式中，电源与电机驱动器之间电流通路位于机械臂内。

结合上述可能的实施方式，在第二种可能的实现方式中，电机与电机驱动器之间电流通路位于电动工具内。

结合上述可能的实施方式，在第三种可能的实现方式中，还包括转接装置，电动工具经由转接装置设置于机械臂的末端，电机驱动器设置于转接装置内。

结合上述可能的实施方式，在第四种可能的实现方式中，转接装置具有金属壳体。

结合上述可能的实施方式，在第五种可能的实现方式中，转接装置被构造为转接装置与机械臂连接时，电机驱动器与电源间形成通路；转接装置与电动工具连接时，电机驱动器与电机间形成通路。

结合上述可能的实施方式，在第六种可能的实现方式中，转接装置与机械臂可拆卸连接。

结合上述可能的实施方式，在第七种可能的实现方式中，转接装置与执行器可拆卸连接。

结合上述可能的实施方式，在第八种可能的实现方式中，转接装置包括法兰组件，法兰组件包括第一法兰和第二法兰，第一法兰和第二法兰连接，第一法兰用于和机械臂连接，第二法兰用于和电动工具连接。

结合上述可能的实施方式，在第九种可能的实现方式中，电机驱动器设置于第一法兰与第二法兰之间。

结合上述可能的实施方式，在第十种可能的实现方式中，电机驱动器包括第一电气接口和第二电气接口，第一电气接口用于和电源连接，第二电气接口用于和电机连接。

结合上述可能的实施方式，在第十一种可能的实现方式中，第一电气接口和电源连接、第二电气接口和电机连接均通过弹簧触点结构实现。

结合上述可能的实施方式，在第十二种可能的实现方式中，电机驱动器包括转接模块、输入模块、驱动模块、控制模块和输出模块，转接模块用于和电源连接，输出模块用于和电机连接。

结合上述可能的实施方式，在第十三种可能的实现方式中，转接模块、输入模块、驱动模块、控制模块和输出模块间通过插接的方式连接。

第二方面，提供一种外科手术系统，包括机械臂系统、电动工具、导航系统以及控制系统；机械臂系统为第一方面的机械臂系统；电动工具与机械臂末端连接；导航系统用于测量电动工具的位置；控制系统用于根据手术计划驱动机械臂将电动工具移动至目标位置。

本公开所提出的机械臂系统，其中的电机驱动器的设置，既减少了电机驱动器和电机间电流通路受到的电磁干扰，又能满足外科手术系统的临床使用需求。

附图说明

图1为本公开实施例的外科手术系统结构示意图；

图2为本公开实施例的机械臂系统结构示意图；

图3为本公开实施例的电动工具结构示意图；

图4为本公开实施例的转接装置结构示意图一；

图5为本公开实施例的转接装置剖视图；

图6为本公开实施例的另一种转接装置结构示意图；

图7为本公开实施例的电机驱动器结构示意图；

图8为本公开实施例的转接模块结构示意图；

图9为本公开实施例的电机驱动器设置在转接装置内的示意图一；

图10为本公开实施例的电机驱动器设置在转接装置内的示意图二；

图11为本公开实施例的电动工具与机械臂连接结构示意图；

图12为本公开实施例的电动工具与机械臂连接结构示意图；

图13为本公开实施例的电动工具与机械臂连接结构示意图；

图14为本公开实施例的一种法兰结构示意图；

图15为本公开实施例的另一种法兰结构示意图。

附图标记：100-机械臂系统，1-台车本体，101-车轮，102-机械臂接口，2-电源，3-机械臂，301-基座端，302-末端，4-电动工具，401-电机，402-电气接口，403-法兰接口，5-转接装置，501-第一法兰，5011-第一容纳空间，502-第二法兰，5021-第二容纳空间，503-连接段，504-金属壳体，5041-第一连接部，5042-第二连接部，6、6a、6b-电机驱动器，601-转接模块，6011-转接电路板，6012转接弹簧针，6013-转接触点，602-输入模块，6021-输入电路板，6022-输入插针，6023-输入弹簧针，603-驱动模块，6031-驱动电路板，6032-第一驱动插槽，6033-第二驱动插槽，6034-驱动插针，604-控制模块，6041-控制电路板，6042-控制插槽，605-输出模块，6051-输出电路板，6052-输出插针，6053-输出弹簧针，7-防松销钉，8、8a-“T”型销钉，9-无菌套膜；9000-导航系统；9200-控制系统。

具体实施方式

下面将详细描述本公开的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本公开进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本公开，而不是限定本公开。对于本领域技术人员来说，本公开可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本公开的示例来提供对本公开的更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

本公开提供一种机械臂系统，包括机械臂、电动工具、电源、电机驱动器及台车。机械臂具有基座端和末端，基座端连接在台车上，末端用于连接电动工具。电动工具设置于机械臂的末端。电源设置在机械臂基座端一侧(如台车中)，用于输出恒定电流。电机驱动器设置在机械臂的末端，用于驱动电动工具的电机。电机驱动器用于将恒定电流转换为电动工具所需的可变电流。电机驱动器位于机械臂末端，且与电动工具之间是分离的。这样缩短了电机驱动器和电机间的电流通路长度，减弱了电磁辐射和干扰，也使电动工具得以单独消毒。

具体的，如图1至11所示，机械臂系统包括台车本体1、电源2、机械臂3、电动工具4、转接装置5以及电机驱动器6。

具体参考图1和图2，台车本体1为封装的框架结构，大致为四方体。台车本体1包括车轮101和机械臂接口102，车轮101设置于台车本体1下部，用于机械臂系统100的移动和转运。机械臂接口102设置于台车的上表面，用于连接机械臂3。并且，台车本体1具有较大的体积和重量，作为机械臂3的基座，使得整个机械臂系统100的重心稳定在台车本体1部分。机械臂3动作时，台车本体1为机械臂3提供稳定的支撑。

电源2设置于台车本体内。电源2用于输出恒定直流电流。本实施例中，电源2输出的电流为24v直流电源。

机械臂3具有多个可活动关节，能够在手术空间内辅助/代替人手将电动工具移动至目标位置。机械臂3的两端分别为基座端301和末端302，基座端301为固定端。在机械臂3动作时，基座端301保持不动，而末端302可以在手术空间内运动。

如图3所示，电动工具4为搭载有手术工具的执行器，主要包括外壳、电机401和手术工具。电动工具4上设置有电气接口402和法兰接口403。电机401为直流无刷电机。电气接口402和法兰接口403设置在相同的位置处，电气接口402与电机401之间的电流通路在电动工具4内部，例如通过电缆连接电气接口402和电机401。法兰接口403用于将电动工具4连接至机械臂3的末端302。如图1所示，在髋关节手术中，针对髋臼的制备，手术工具为髋臼锉，手术工具在电机401的驱动下高速旋转以磨削出用于假体安装的预定形状。在膝关节手术中，手术工具为摆锯，摆锯在电机的驱动下高速摆动以切割目标平面。当然，电动工具4不限于上述所述的用于膝关节截骨的执行器和用于髋臼制备的执行器，也可以是其他搭载有手术工具的电动工具，这里不做具体限制。

如图4至5所示，转接装置5为一具有壳体的法兰结构，包括第一法兰501、第二法兰502、连接段503和金属壳体504。其中，第一法兰501和第二法兰502均为圆环状，二者环体内分别为第一容纳空间5011和第二容纳空间5021。第一法兰501和第二法兰502通过连接段503连接。连接段503为板状，其垂直地与第一法兰501和第二法兰502连接而形成截面呈“H”形的法兰结构。第一法兰501上设置有通孔5012，通孔5012用于供螺栓穿过与机械臂3连接。第一法兰501的外周设置有螺纹。金属壳体504为套筒状，包裹在第一法兰501、第二法兰502以及连接段503外周。

具体的，在本实施例中，金属壳体504两端开口，包括第一连接部5041和第二连接部5042，第一连接部5041设置有螺纹，第二连接部5042处设置有挡缘。金属壳体504沿第二法兰502至第一法兰501的方向套在法兰结构外周，通过旋金属壳体，第一连接部5041与第一法兰螺纹连接，继续旋进直至挡缘与第二法兰502接触并在此处形成限位，使金属壳504和法兰结构固定。如图6所示，在一种可选的实施方式中，在第二连接部5042的一端，设置有防松销钉7，防松销钉7用于将法兰结构与挡缘压紧，压紧方向与金属壳体504的轴线方向平行。这样，防松销钉7进一步将法兰结构与金属壳体504固定，可以防止第一连接部5041和第一法兰501螺纹连接松动时法兰结构脱出金属壳体504。当然，防松销钉7也可以通过螺钉、铆钉或卡环等替代。

如图7至8所示，电机驱动器6用于驱动电动工具4的电机401，电机驱动器6设置在转接装置5内。电机驱动器6包括转接模块601、输入模块602、驱动模块603、控制模块604和输出模块605，转接模块601、输入模块602、驱动模块603、控制模块604和输出模块605依次连接，各模块为具有针脚和/或触点的pcb板。

其中，转接模块601包括转接电路板6011、转接弹簧针6012和转接触点6013。转接电路板6011大致为圆形，转接电路板6011上设置有安装孔和定位槽，用于将转接模块601固定。转接弹簧针6012和转接触点6013通过转接电路板6011连通。转接弹簧针6012为金属弹簧针，设置于转接电路板6011的一侧，用于与电源2连接。转接触点6013设于转接电路板6011的另一侧，转接触点6013包括两组半径不同的弧形触点，每组转接触点6013的数量为两个且间隔180度相对设置。转接触点6013嵌入转接电路板6011，转接触点6013表面与转接电路板6011表面齐平。在一种可选的实施方式中，转接触点6013的数量不限于两组四个的设置，可以根据需要转接的接口的多少增加或减少转接触点6013的数量，这里不做限制。

输入模块602包括输入电路板6021、输入插针6022、输入弹簧针6023，输入电路板6021为圆形，输入插针6022和输入弹簧针6023分别设置在输入电路板6021的两侧，并且输入插针6022和输入弹簧针6023通过输入电路板6021连通。输入弹簧针6023在输入电路板6021上同心地分布有两组，用于和转接触点6013对应连接。输入插针6022单列排状设置。

驱动模块603包括驱动电路板6031、第一驱动插槽6032、第二驱动插槽6033和驱动插针6034。第一驱动插槽6032用于和输入模块602的输入插针连接。驱动电路板6031包括PWM模块，用于将24V直流电转换为可变的的脉冲电流，以控制24V直流电机的运转。

控制模块604包括控制电路板6041和控制插槽6042。控制电路板6041用于协助驱动模块603将恒定的直流电转化为PWM电流，控制插槽6042用于与驱动插针6034连接。控制电路板6041和驱动电路板6031连通后，控制电路板6041传递控制信号给驱动电路板6031，使驱动电路板6031产生相应频率的24V可变的脉冲直流电以驱动直流电机。可变的脉冲直流电用于控制直流无刷电机的定子产生可变的磁场，进而驱动永磁体的转子转动。

输出模块605包括输出电路板6051、输出插针6052和输出弹簧针6053。输出插针6052和输出弹簧针6053分别位于输出电路板6051的两侧，且输出插针6052和输出弹簧针6053通过输出电路板6051连通，输出插针6052用于与第二驱动插槽6033连接，输出弹簧针6053用于和电机401连接。

输入模块602、驱动模块603、控制模块604以及输出模块605构成电机驱动器6的主体部分。组装时，输入插针6022与第一驱动插槽6032连接，驱动插针6034与控制插槽6042连接，第二驱动插槽6033与输出插针6052连接。即驱动模块603两侧分别连接输入模块602和输出模块605，控制模块604连接在驱动模块603上，控制模块604和驱动模块603能够相互通讯。具体的，24V直流电流和电机的控制信息依次通过转接模块和输入模块传递，直流电流作用于驱动模块603，控制信息通过驱动模块传递至控制模块604，控制模块604根据控制信息将相应的控制信号传递至驱动模块603，促使驱动模块603将24V直流电转换为24V可变的脉冲直流电。该24V可变的脉冲直流电通过输出模块605输出。

在本实施例中，具体如图9至11所示，电机驱动器6设置于转接装置5内。其中，输入模块602通过螺钉固定于第一容纳空间5011内，输出模块605通过螺钉固定于第二容纳空间5021内，驱动模块603和控制模块604分别通过螺钉固定于连接段503的两侧。并且，各模块与转接装置5的法兰结构连接时，各模块与法兰结构间均设置有绝缘垫，避免出现短路的情况。电机驱动器6封装于转接装置5内，转接装置5的金属壳体504对电机驱动器6形成保护，既避免了对电机驱动器6的碰撞损坏、灰尘、血沫溅射的污染，又在一定程度上形成屏蔽，减少外界对电机驱动器6造成的电磁干扰。

继续参考图1至11。机械臂系统组成中，电源2设置在台车本体1的内部。机械臂3电源2通过内置于机械臂3的线缆延伸至机械臂3的末端302，在机械臂3的末端302形成电源接口。转接模块601也设置在末端302处，转接模块601通过安装孔和定位槽与机械臂3的末端302连接。电源接口与转接模块601的转接弹簧针6012连接。这样，转接模块601的转接触点6013形成了可以输出恒定直流电流的接口。并且，内置于机械臂的线缆不会在手术空间内对机械臂的移动以及使用电动工具移动时造成线缆的缠绕和干涉。

机械臂是高精度的机电产品，研发困难和成本较高，医疗器械公司一般不会自己研发生产机械臂，而是通过采购现成的机械臂集成到手术机器人系统中。德国库卡公司生产的KUKA LBR Med机械臂是应用较多的一款产品。该机械臂末端轴预留有给负载供电的电气接口，机械臂内部相应地设置有恒定电流供电电路。本公开的技术方案中，由于电机驱动器设置在机械臂末端，台车内的电源与驱动器之间为恒定电流，因此可以利用该机械臂预留的供电电路供电，无需在机械臂外部设置电缆。

电动工具4通过转接装置5连接于机械臂末端。具体地，转接装置5的第一法兰501与机械臂3的末端302通过螺栓连接，转接装置5的第二法兰502通过法兰接口与电动工具4连接，上述两处连接均为可拆卸连接。并且，在第一法兰501与机械臂3的末端302连接时，输入模块602的输入弹簧针6023与转接模块601的转接触点6013接触形成通路。在第二法兰502与电动工具4的法兰接口403连接时，输出模块605的输出弹簧针6053与电动工具4的电气接口402连接。这样，通过转接装置5的设置，既将电动工具4以机械连接的方式固定在机械臂3的末端302，又实现电机驱动器6与电源2和电机401的连接，形成顺序为电源2、电机驱动器6、电机401的电流通路，电机401可以现在电源2的动力输入以及在电机驱动器6的驱动下转动。

通过上述的设置，电机驱动器6设置在机械臂3的末端302，距离电机401的距离较短，由电机驱动器6输出的控制电机401转动的控制电流信号的通路较短，尽可能地减少了外界电磁场对的电流控制信号的干扰。并且，该控制电流信号地通路位于电动工具4和转接装置5内部，电动工具4和转接装置5的金属壳体在一定程度上对电流通路形成了屏蔽保护。另外，在适应临床手术需求时，由于电机驱动器6与电机401分离设置，没有设置在电动工具4内部与电机401集成在一起，减小了电动工具4的体积，而电动工具4一般要直接作用于患者身体，驱动手术工具的电动工具4更小的体积是更合适的，以便于医生有更大的视野和操作空间。

此外，由于手术时会在患处形成切口以显露患处组织，手术空间内需要保证无菌环境，直接作用于患者的电动工具4在术前需要经过消毒处理。而消毒环境(高温/等离子)对电机驱动器6内的电子元件产生了更高的满足恶劣环境的要求。由于电机驱动器6与电机401分离设置且设置在机械臂3的末端302，可以仅将手术工具拆下进行消毒，无需对电机驱动器6进行消毒。当然，不对电机驱动器6消毒时仍需其他措施保证手术室的无菌环境，如通过无菌套膜9将机械臂3和含有电机驱动器6的转接装置部分覆盖。相对于电动工具4与机械臂3直接连接、电机驱动器6可拆卸地设置于电动工具4内部的方案，这样既能够满足消毒需求，又减少了在每次对电动工具进行消毒时将驱动器拆下、在使用时重新装配的繁琐步骤，还不会增大电动工具4的体积。

如图12所示，在一种可选的实施方式中，可以不设置转接装置5，电动工具4通过法兰接口403直接与机械臂3的末端302连接，而电机驱动器6a通过外壳封装后同样设置于机械臂3的末端302。与前述实施例相同的，电源2通过线缆延伸至机械臂3的末端302，在机械3的末端302处形成电源接口，电机驱动器6a的转接模块601与电源接口连接，电机驱动器6a的输出模块605与电机连接。

可以理解的是，通过这样的设置，电机驱动器6a距离电机的距离同样较短，由电机驱动器6a输出的控制电机401转动的控制电流信号通路较短，也减少了外界电磁场对的电流控制信号的干扰。电机驱动器6a与电机401分离设置，没有与电动工具4集成一体，减小了电动工具的体积。并且，为满足电动工具高温消毒的需求时，也无需拆装电机驱动器6a，只需将电机驱动器6a套设于无菌套膜9内即可。

如图13所示，在一种可选的实施方式中，设置转接装置5的情况下，电机驱动器6b可以不设置在转接装置5内部，而是单独设置于机械臂3的末端302。这样，由于电机驱动器6b设置在机械臂3的末端302，与电机401未集成在一起，但两者间的电流通路较短，两者间传递的控制电流信号不易受到/产生较多的电磁干扰，进而保证了电401运动控制的准确性。同时，在满足临床需求的方面所具有的优点在上面已详细描述，这里不再赘述。

在一种可选的实施方式中，转接模块601与输入模块602中触点和弹簧针的设置可以互换，即转接模块601上设置弹簧针，而输入模块602上设置触点，这样，转接模块601和输入模块602通过弹簧针和触点连接。

在一种可选的实施方式中，输出模块605的输出弹簧针6053可以替换为触点形式，与之对应的，电动工具上的电气接口设置为弹簧针形式即可。在另一种可选的实施方式中，转接模块601上的转接弹簧针6012可以替换为触点形式，与之对应的，机械臂3的末端302处电源接口设置为弹簧针形式即可。

在一种可选的实施方式中，电机驱动器6与电源接口和电动工具4上电气接口402的连接方式不限于触点、弹簧针形式，例如也可以是插销插座形式、插针插槽形式等。

在一种可选的实施方式中，输入模块602、控制模块604、驱动模块603以及输出模块605间的连接方式中，插针和插槽的设置可以互换，即原来为插槽的改设为插针形式，原来为插针的改设为插槽形式。在一另种可选的实施方式中，输入模块602、控制模块604、驱动模块603以及输出模块605间的连接方式可以通过弹片触点、弹簧触点、导线、排线、焊接等方式连接。

在一种可选的实施方式中，电机驱动器6中输入模块602、控制模块604、驱动模块603以及输出模块605可以顺序连接。

在一种可选的实施方式中，电机驱动器6中输入模块602、驱动模块603、控制模块604以及输出模块605可以顺序连接。

在一种可选的实施方式中，电机驱动器6中，控制模块604、驱动模块603与输出模块605连接，输入模块602与控制模块604连接。

在一种可选的实施方式中，电机驱动器6中，控制模块604、驱动模块603与输出模块605连接，输入模块602与驱动模块603连接。

在一种可选的实施方式中，电机驱动器6中，控制模块604、驱动模块603与输入模块602连接，输出模块605与控制模块604连接。

在一种可选的实施方式中，电机驱动器6中，控制模块604、驱动模块603与输入模块602连接，输出模块605与驱动模块603连接。

在一种可选的实施方式中，电机驱动器6中，输入模块602、控制模块604、驱动模块603以及输出模块605与转接装置中法兰结构的连接可以将螺钉连接的方式替换为铆钉、绑带、扎带、粘接、或一体灌封的连接方式。

在一种可选的实施方式中，转接装置5中，金属壳体与法兰结构间的连接方式为过盈配合的方式压紧连接。

在一种可选的实施方式中，转接装置5中，金属壳体504与法兰结构间的连接方式为铆钉铆接或压入销钉的方式连接。

如图14所示，在一种可选的实施方式中，转接装置5中还设置有“T”型定位销8，“T”型定位销8连接第一法兰501和第二法兰502，“T”型定位销8一端与第一法兰501抵接，另一端与第二法兰502螺纹连接且该端不伸出于第二法兰502。通过这样的设置，“T”型定位销8加强了法兰结构的强度与刚性。并且，“T”型定位销8的数量可以是一个或多个，可以理解的是，“T”型定位销8越多，法兰结构的强度和刚性越高。

如图15所示，在前述设置“T”型定位销8的基础上，在一种可选的实施方式中,，T”型定位销8a一端与第一法兰501抵接，另一端与第二法兰502螺纹连接且该端伸出于第二法兰502。通过这样的设置，“T”型定位销8a既加强了法兰结构的强度与刚性，并且伸出第二法兰502的T”型定位销又可以对即将与第二法兰502连接的工件实现定位和导向，使第二法兰502和相应的工件能够以正确的位置对准并进行后续安装。

本公开还提供了一种外科手术系统，包括机械臂系统、电动工具4、导航系统9000以及控制系统9200；机械臂系统为第一方面说明的机械臂系统100；电动工具与机械臂3末端连接；导航系统用于测量电动工具4的位置；控制系统9200用于根据手术计划驱动机械臂将电动工具移动至目标位置。

机械臂3既可以完全主动地控制电动工具4的方位，也可以以协作的方式限制电动工具4的部分活动自由度或活动范围。具体地，经控制系统编程可以控制机械臂3，使机械臂3完全自主地按照手术计划移动，或通过提供触觉反馈或力反馈以限制外科医生手动移动电动工具4超出预定虚拟边界，或提供虚拟导向以引导外科医生沿某个自由度移动。虚拟边界和虚拟导向可以来自于手术计划，也可以在术中通过输入装置设置。电动工具4与机械臂3之间为可拆卸连接。

导航系统9000用于测量电动工具4和患者的位置。导航系统9000一般包括定位器和示踪器。示踪器安装在执行器、手术工具和患者身体上。示踪器一般为由多个示踪元件组成的阵列，每个示踪元件可以以主动或被动的方式发出光学或电磁等信号。定位器(如双目相机)通过3D测量技术测量上述示踪器的方位。

控制系统9200根据导航系统获得的位置信息，比对电动工具4的当前位置与目标位置，并根据手术计划驱动机械臂将假体安装执行器移动至目标位置。手术计划中可以包括机械臂移动路径、移动边界等。手术计划载于患者患骨的三维重建数字模型上，在术中会将该数字模型与患者组织进行注册/配准。

在导航系统的辅助下，控制系统获知电动工具4相对于患者的位置信息，控制机械臂3将电动工具4按照手术计划移动至目标位置。所述的外科手术系统手术时，减少了外界电磁场对的电流控制信号的干扰。并且电动工具4和转接装置5的金属壳体在一定程度上对电流通路形成了屏蔽保护。另外，在适应临床手术需求时，由于电机驱动器6与电机401分离设置，没有设置在电动工具4内部与电机401集成在一起，减小了电动工具4的体积，而电动工具4一般要直接作用于患者身体，驱动手术工具的电动工具4更小的体积是更合适的，以便于医生有更大的视野和操作空间。且可以仅将手术工具拆下进行消毒，无需对电机驱动器6进行消毒。上述取得的有益效果在本公开实施例的第一方面做了具体阐述，这里不再赘述。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本公开作了详尽的描述，但在本公开的基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本公开精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本公开要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种机械臂系统，其特征在于，包括：

机械臂，具有基座端和末端，所述末端用于连接外科手术用的电动工具；

电源，设置在机械臂基座端一侧，用于输出恒定电流；以及

电机驱动器，设置在所述机械臂的末端，用于驱动所述电动工具的电机；所述电机驱动器用于将所述恒定电流转换为所述电动工具所需的可变电流；

转接装置，所述电动工具经由所述转接装置设置于所述机械臂的末端，所述电机驱动器设置于所述转接装置内；

所述转接装置被构造为所述转接装置与所述机械臂连接时，所述电机驱动器与所述电源间形成通路；所述转接装置与所述电动工具连接时，所述电机驱动器与所述电机间形成通路；

所述转接装置包括法兰组件，所述法兰组件包括第一法兰和第二法兰，所述第一法兰和所述第二法兰连接，所述第一法兰用于和所述机械臂连接，所述第二法兰用于和所述电动工具连接；

所述电机驱动器设置于所述第一法兰与所述第二法兰之间。

2.根据权利要求1所述的机械臂系统，其特征在于，所述电源与所述电机驱动器之间的电流通路位于所述机械臂内。

3.根据权利要求1所述的机械臂系统，其特征在于，所述电机与所述电机驱动器之间的电流通路位于所述电动工具内。

4.根据权利要求1所述的机械臂系统，其特征在于，所述转接装置具有金属壳体。

5.根据权利要求1所述的机械臂系统，其特征在于，所述转接装置与所述机械臂可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的机械臂系统，其特征在于，所述转接装置与所述电动工具可拆卸连接。

7.根据权利要求1所述的机械臂系统，其特征在于，所述电机驱动器包括第一电气接口和第二电气接口，所述第一电气接口用于和所述电源连接，所述第二电气接口用于和所述电机连接 。

8.根据权利要求7所述的机械臂系统，其特征在于，所述第一电气接口和所述电源连接、所述第二电气接口和所述电机连接均通过弹簧触点结构实现。

9.根据权利要求1所述的机械臂系统，其特征在于，所述电机驱动器包括转接模块、输入模块、驱动模块、控制模块和输出模块，所述转接模块用于和所述电源连接，所述输出模块用于和所述电机连接。

10.根据权利要求9所述的机械臂系统，其特征在于，所述转接模块、输入模块、驱动模块、控制模块和输出模块间通过插接的方式连接。

11.一种外科手术系统，其特征在于，包括：

机械臂系统，所述机械臂系统为权利要求1至10中任一项所述的机械臂系统；

电动工具，与机械臂末端连接；

导航系统，用于测量所述电动工具的位置；以及

控制系统，用于根据手术计划驱动机械臂将电动工具移动至目标位置。