CN219480334U - 末端执行器及手术系统 - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种末端执行器，末端执行器包括手术工具、主体以及末端示踪器；主体包括第一接口和第二接口，第一接口用于与机器人臂连接，第二接口用于连接手术工具；末端示踪器用于定位手术工具的位置；其中，末端示踪器与第一接口分别位于主体的两端，末端示踪器与第二接口具有预定的第一位置关系。通过末端执行器的设置，可以通过末端示踪器准确定位手术工具的位置，使手术工具能够准确到达目标手术部位。

Description

末端执行器及手术系统

技术领域

本公开涉及医疗器械领域，具体涉及末端执行器及手术系统。

背景技术

计算机辅助手术技术的应用，使得医生可以在骨科机器人的辅助下进行手术。骨科机器人的辅助不仅提高了手术精度，而且也具有较高的可重复性和一致性，为医生和患者带来了便利。骨科机器人通常通过其自身的定位系统来定位手术工具在手术空间的位置信息。定位系统相当于医生的眼睛，指导医生将手术工具送至手术部位。定位系统对手术工具的定位是否准确，将直接影响手术精度。

在实际手术中，一例完整的手术可能需要手术工具多次作用于人体组织。并且，由于定位系统本身定位精度的存在以及每次工况的改变。手术工具每次作用于人体组织时，均对手术工具进行定位和校验，避免定位系统对手术工具定位存在偏差。

如全膝关节置换术(Total Knee Arthroplasty，TKA)中，骨科机器人的机器人臂末端搭载执行器，执行器上搭载锯片和用于定位锯片的末端示踪器。由于锯片高速摆动，在锯片截骨时不能在锯片上直接安装示踪器以定位锯片的位置。因此，在进行每个步骤的截骨之前，会在锯片上安装临时示踪器。临时示踪器既可以帮助骨科机器人直接定位锯片的位置，使机器人臂能够在临时示踪器的辅助下将锯片定位至目标截骨面。并且临时示踪器的安装，也可以使骨科机器人得到锯片与末端示踪器的位置关系，进而在目标截骨面截骨时能够根据末端示踪器以及锯片与末端示踪器的位置关系来精确指导截骨过程。

在截骨手术中，锯片定位的准确性将直接影响截骨精度。截骨精度不足可能影响假体的安装以及患者下肢力线的恢复。全膝关节置换术主要涉及对膝关节多个目标截骨面的截骨。具体为股骨远端截骨、股骨前髁截骨、股骨后髁截骨、股骨后斜角截骨、股骨前斜角截骨以及胫骨平台截骨。为了保证手术中的每次截骨时都能准确定位锯片，现有的骨科机器人在每次将锯片定位至目标截骨面前都需要将临时的示踪器安装至锯片，确保骨科机器人能够准确确定锯片与末端示踪器的位置关系并据此准确指导锯片的截骨，但多次临时示踪器的安装拆卸过程操作繁琐且影响手术的快速进行。

实用新型内容

本公开提供一种执行器及手术系统，解决了现有技术中定位手术工具的问题。

本公开的第一方面提供一种末端执行器，用于在机器人臂的把持下执行预定动作，末端执行器包括手术工具、主体以及末端示踪器；主体包括第一接口和第二接口，第一接口用于与机器人臂连接，第二接口用于连接手术工具；末端示踪器用于定位手术工具的位置；其中，末端示踪器与第一接口分别位于主体的两端，末端示踪器与第二接口具有预定的第一位置关系。

在第一种可能的实施方式中，末端示踪器所在的平面垂直于主体的长度方向。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实施方式中，末端执行器被构造为第二接口设置于主体的第一侧且靠近末端示踪器，使末端示踪器与第二接口具有第一位置关系。

结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实施方式中，第一位置关系下，末端示踪器与第二接口在主体的长度方向上的距离为0mm～50mm。

结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实施方式中，末端示踪器与第二接口在主体的长度方向上的距离为0mm～30mm。

结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实施方式中，第一位置关系下，末端示踪器与第二接口在主体的纵向方向上的距离为0mm～70mm。

结合上述可能的实现方式，在第六种可能的实施方式中，末端示踪器与第二接口在主体的纵向方向上的距离为40mm～60mm。

结合上述可能的实现方式，在第七种可能的实施方式中，末端示踪器与主体在虚拟纵向上的位置相同，和/或末端示踪器的高度不大于主体的纵向高度。

结合上述可能的实现方式，在第八种可能的实施方式中，执行器还包括工具示踪器，工具示踪器与手术工具可拆卸连接。

结合上述可能的实现方式，在第九种可能的实施方式中，末端执行器被构造为：工具示踪器安装于手术工具时，工具示踪器与末端示踪器具有第二位置关系。

结合上述可能的实现方式，在第十种可能的实施方式中，第二位置关系下，工具示踪器所在的平面与末端示踪器所在的平面平行。

结合上述可能的实现方式，在第十一种可能的实施方式中，工具示踪器所在的平面与末端示踪器所在的平面间的距离为0mm～20mm。

结合上述可能的实现方式，在第十二种可能的实施方式中，所述工具示踪器所在的平面与所述末端示踪器所在的平面间的距离为0mm～10mm。

结合上述可能的实现方式，在第十三种可能的实施方式中，第二位置关系下，工具示踪器上的示踪元件的朝向与末端示踪器上示踪元件的朝向相同。

结合上述可能的实现方式，在第十四种可能的实施方式中，第二位置关系下，工具示踪器与末端示踪器在第一方向上错位设置。

结合上述可能的实现方式，在第十五种可能的实施方式中，第一方向为虚拟纵向，虚拟纵向、主体的长度方向以及虚拟横向两两垂直。

结合上述可能的实现方式，在第十六种可能的实施方式中，末端执行器还包括手柄，手柄设置于主体的第二侧，手柄与第二接口分别设置于主体的相对的两侧。

第二方面提出一种手术系统，包括末端执行器、机器人臂、定位系统以及控制器；末端执行器为第一方面的末端执行器；机器人臂用于搭载末端执行器；定位系统用于定位末端执行器和/或手术工具的位置；控制器用于控制末端执行器执行预定手术计划。

本公开第一方面所提出的末端执行器包括手术工具、主体以及末端示踪器；主体包括第一接口和第二接口，第一接口用于与机器人臂连接，第二接口用于连接手术工具；末端示踪器用于定位手术工具的位置；其中，末端示踪器与第一接口分别位于主体的两端，手术工具安装于第二接口时，手术工具与末端示踪器在主体的长度方向上具有预定的第一位置关系。通过末端执行器的设置，可以通过末端示踪器准确定位手术工具的位置，使手术工具能够准确到达目标手术部位。

附图说明

图1为本公开实施例的手术系统示意图；

图2为本公开实施例的末端执行器结构示意图；

图3为本公开实施例图2中末端示踪器的左视图；

图4为本公开实施例的末端执行器内部结构示意图；

图5为本公开实施例的安装有工具示踪器的末端执行器结构示意图；

图6为本公开实施例的图5中安装有工具示踪器的末端执行器的左视图；

图7为本公开实施例的右腿全膝关节置换手术示意图；

图8为本公开实施例的右腿全膝关节置换手术中末端执行器调整锯片角度示意图；

图9为本公开实施例的锯片与股骨远端目标截骨面b对准状态示意图；

附图标记：1-机器人臂，11-末端臂，12-台车；

2-定位系统；

3-末端执行器，31-锯片，31a-切削端，31b-连接端，32-主体，32a-第一端，32b-第二端，32c-第一侧，32d-第二侧，321-第一接口，322-第二接口，3221-转轴，323-动力机构，3231-电机，3232-减速器，3233-传动机构，324-手柄，33-末端示踪器，331-架体，332-示踪元件，34-工具示踪器，341-示踪架，342-安装部；

4-控制器；

W-回转中心线，a-胫骨目标截骨面，b-股骨远端目标截骨面，c-股骨前端目标截骨面，d-股骨后端目标截骨面，e-股骨后斜目标截骨面，g-股骨前斜目标截骨面，A-第一姿态，B-第二姿态，C-第三姿态，D-第四姿态，E-第五姿态，G-第六姿态。

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。为了更好地理解本公开，下面结合图1至图9对本公开实施例进行描述。

如图1所示的手术系统结构示意图，本公开涉及计算机辅助手术(Computer-Assisted Surgery,CAS)技术。涉及该技术的手术系统(即骨科机器人系统)包括机器人臂1、定位系统2、搭载有手术工具的末端执行器3和控制器4。机器人臂1相当于外科医生的手臂，可以把持手术工具并以较高的精度定位和移动手术工具。定位系统2相当于外科医生的眼睛，可以实时测量手术工具和患者组织的位置。控制器4相当于外科医生的大脑，内部储存手术规划。控制器4根据术中通过定位系统2获取的位置信息计算机器人臂1的路线和/或应达的位置，可以控制机器人臂1运动，或者通过力反馈模式设置机器人臂1的虚拟边界，由人工推动机器人臂1的末端执行器3在虚拟边界内移动/沿虚拟边界限定的路线、面移动。

末端执行器3包括手术工具、主体32以及末端示踪器33；主体32包括第一接口321和第二接口322，第一接口321用于与机器人臂1连接，第二接口322用于连接手术工具；末端示踪器用于定位手术工具的位置；其中，末端示踪器与第一接口分别位于主体32的两端，末端示踪器与第二接口具有预定的第一位置关系。通过末端执行器3的设置，可以通过末端示踪器3准确定位手术工具的位置，使手术工具能够准确到达目标手术部位。

下面以全膝关节置换术为例，对本公开进行说明。其中，在全膝关节置换术中，手术工具为锯片31，用于在目标截骨面截骨。

如图2至图6所示，图2为本公开实施例的末端执行器结构示意图。图3为本公开实施例图2中末端示踪器的左视图。图4为本公开实施例的末端执行器内部结构示意图。图5为本公开实施例的安装有工具示踪器的末端执行器结构示意图。图6为本公开实施例的图5中安装有工具示踪器的末端执行器的左视图。末端执行器3包括锯片31、主体32、末端示踪器33和工具示踪器34。主体32大致为圆锥体，圆锥体的回转中心线W与机器人臂1的末端臂11的自转中心线同轴。在此基础上，定义主体32的方向参考及坐标系CS。圆锥体的回转中心线W为坐标系CS的Z轴，垂直于Z轴的两个互相垂直的方向为Y轴和X轴。回转中心线W的延伸方向为主体32的长度方向。主体32长度方向的两端分别为第一端32a和第二端32b。主体32的径向为侧向，具体包括上侧、下侧、前侧和后侧。上侧、下侧、前侧和后侧对应于坐标系CS的Y轴正向、Y轴反向、X轴正向和X轴反向。

主体32连接至机器人臂1的末端臂11时与末端臂11同轴固定，相当于成为机器人臂1的末端臂11的延伸。在其他实施例中，主体32的形状并不局限于圆锥体，只要具有预定长度且连接至机器人臂1时能与末端臂11同轴的规则或不规则形状均可。此处的“同轴”并不严格局限于字面意思，只要是两个杆状结构基本共线地连接即可。当然，其他形状的主体32的长度方向定义也可以参照(主体32连接至机器人臂1时)末端臂11的回转中心线W，主体32随末端臂11自转，二者的旋转中心线相同。

主体32具有第一接口321、第二接口322、动力机构323和手柄324。第一接口321位于主体32的第一端32a。第二接口322位于主体32的第一侧32c，并且在长度方向上更靠近主体32的第二端32b。手柄324位于主体32的第二侧32d，用于为医生提供推拉末端执行器3的着力部。主体32的第一端32a和第二端32b为长度方向(Z轴方向)上的两端。主体32的第一侧32c对应前述的下侧，即Y轴的反向；第二侧32d对应前述的上侧，即Y轴的正向。第一接口321用于将主体32连接至机器人臂1。第二接口322用于连接锯片31。如图4所示，第二接口322为机械连接结构，并且具有能往复转动的转轴3221。锯片31固定在转轴3221上，并在转轴3221的带动下往复摆动。动力机构323设置于主体32内部，动力机构323用于向第二接口322提供动力。动力机构323主要包括电机3231、减速器3232以及传动机构3233。电机3231和减速器3232用于提供初始动力，传动机构3233一端与减速器3232连接，另一端设置于第二接口322处。锯片31与第二接口322连接时，传动机构3233接收电机3231及减速器3232的初始动力并通过转轴3221驱动锯片31摆动。

锯片31为长条状，两端分别为切削端31a和连接端31b。切削端31a设置有锯齿，用于切割骨组织。连接端31b用于与第二接口322连接，接收驱动锯片31摆动的动力。

具体的，末端示踪器33设置于主体32的第二端32b，用于指示锯片31的方位。末端示踪器33包括架体331和多个示踪元件332(如图示的四个)，多个示踪元件332位于同一平面上。末端示踪器33与第二接口322具有预定的第一位置关系。末端示踪器33所在的平面与主体32的长度方向垂直，即末端示踪器33所在平面的法线方向与Z轴平行。末端示踪器33的大体轮廓在虚拟纵向、虚拟横向上与主体32大致处于相同的位置。虚拟纵向为Y轴方向，虚拟横向为X轴方向。并且，末端示踪器33的大体轮廓的高度不大于主体32轮廓的纵向高度，上述的两个高度为Y轴方向上的高度。

其中，在第一位置关系下，末端示踪器33与第二接口322在主体32的长度方向上的距离优选0mm～30mm。末端示踪器33与第二接口322在主体32的纵向方向上的距离优选40mm～60mm。上述两个距离为第二接口322的远离主体32的一端的中心与末端示踪器33的形心之间的距离。即，末端示踪器33在主体32上与第二接口322的位置相对靠近，当锯片31安装于第二接口322时，末端示踪器33与锯片与31在主体32的长度方向(Z轴方向)上和纵向方向(Y轴方向)上靠近。这样，在定位系统的视角下，用于定位锯片31位置的末端示踪器33与锯片31所处的位置大致靠近。在截骨过程中定位系统根据末端示踪器33的位置确定锯片31的位置时，定位系统本身存在的定位误差，可能对末端示踪器33定位不够精确。由于末端示踪器33与第二接口322的位置较近，该定位误差换算至锯片31的位置时不会被过度放大。即通过上述的设置，末端示踪器在定位系统的视角下能够较精确地定位锯片31的位置。也就是说，当末端示踪器33与第二接口322的距离越近，末端示踪器33与锯片31的距离越近，定位系统通过末端示踪器33对锯片31的定位越精确。

在一种可选的实施方式中，末端示踪器33与第二接口322在主体32的长度方向上的距离为0mm。末端示踪器33与第二接口322在所述主体32的纵向方向上的距离为50mm。即第二接口322设置在末端示踪器33的正下方的50mm处。可以理解的是，末端示踪器33与第二接口322在主体32长度方向上距离为0mm。末端示踪器33定位锯片31位置时，至少在主体32长度方向上不会将定位误差放大，因为定位系统所识别到的末端示踪器33在Z轴方向的位置即为第二接口322(或安装于第二接口322的锯片31)在Z轴方向的位置。末端示踪器33与第二接口322在主体的纵向方向上距离为50mm，末端示踪器33和第二接口322在满足机械设计要求的情况下尽量靠近。在Y轴方向上，末端示踪器33对锯片31的定位误差也不会过度放大，末端示踪器33能够较精准地定位锯片31的位置。当然，末端示踪器33与第二接口322在主体32的纵向方向上的距离也可以是小于60mm大于40mm的任意值。如末端示踪器33与第二接口322在主体32的纵向方向上的距离为60mm时，可能存在的定位误差的放大也在手术系统可接受的范围内，末端示踪器33对锯片31的定位的准确性可以保证使用需求。末端示踪器33与第二接口322在主体32的纵向方向(Y轴方向)上的距离可以是40mm、45mm或55mm等数值。

在一种可选的实施方式中，末端示踪器33与第二接口322在主体32的长度方向上的距离为30mm。与前述实施例同理的，末端示踪器33与第二接口322在主体32的纵向方向上的距离为小于30mm的任意值。这样，在定位误差可以接受的情况下，末端示踪器仍能够较准确地定位锯片31的位置。

在另一种可选的实施方式中，末端示踪器与第二接口在主体的长度方向上的距离也可以为10mm、15mm、20mm或25mm。末端示踪器33同样能够较准确地定位锯片的位置，其具体原理与前述实施例相同，这里不再赘述。

在一些可选的实施方式中，在第一位置关系下，末端示踪器33与第二接口322在主体32的长度方向上的距离也可以为0mm～50mm的任意值。末端示踪器33与第二接口322在主体32的纵向方向上的距离可以为0mm～70mm的任意值。其中当末端示踪器33与第二接口322在主体32的长度方向上的距离为50mm，和/或末端示踪器33与第二接口322在主体32的纵向方向上的距离为70mm时。虽然末端示踪器33距离第二接口322有一定距离，但同样能满足手术精度要求以及对锯片31进行较为精确的定位。当末端示踪器33与第二接口322在主体32的长度方向上的距离为0mm，和/或末端示踪器33与第二接口322在主体32的纵向方向上的距离为0mm时。末端示踪器33距离第二接口322更近，末端示踪器33对锯片31的定位将更精确。

基于上述实施例，主体32的长度方向上末端示踪器33与第二接口322距离越趋近于0则末端示踪器33对锯片31的定位越精确。主体32的纵向方向上末端示踪器33与第二接口322距离越趋近于0则末端示踪器33对锯片31的定位越精确。

工具示踪器34与锯片31可拆卸连接。如图5和图6所示为工具示踪器34连接至锯片31的状态。工具示踪器34包括示踪架341、示踪元件332以及安装部342。示踪架341大致为三角形，其上设置有三个示踪元件332。安装部342设置于示踪架341上示踪元件332的背面，用于将工具示踪器34安装于锯片31。在本实施例中，安装部342为一夹紧结构，夹紧结构作用于锯片31时可以将工具示踪器34固定于锯片31。

末端示踪器33和工具示踪器34在手术时均可以被定位系统2识别，并以此确定锯片31的方位。末端示踪器33和工具示踪器34均为光学示踪器，其上安装的示踪元件332为反光片或反光球。定位系统2包括能够识别反光片或反光球的双目视觉相机。在一种可选的实施方式中，末端示踪器33和/或工具示踪器34也可以是电磁发射器或位置传感器，能够识别电磁发射信号或位置传感器位置的相应定位系统2可以确定锯片31的方位。

如图5和图6所示。当工具示踪器34通过安装部342安装于锯片31上时，工具示踪器34与末端示踪器33具有第二位置关系。在第二位置关系下，工具示踪器34所在的平面与末端示踪器33所在的平面平行。三个示踪元件332的朝向与末端示踪器33上示踪元件332的朝向相同，该朝向为Z轴的反方向。并且工具示踪器34与末端示踪器33在第一方向上错位设置，第一方向为虚拟纵向(Y轴的方向)。即在图中所示的，工具示踪器34位于末端示踪器33的下方。

在第二位置关系下，末端示踪器33所在的平面与工具示踪器34所在的平面间的距离小于10mm。可以理解的是，工具示踪器34的设置，既能够在机器人臂1将锯片31定位至目标截骨面的过程中精确定位锯片31，又能够在该过程中获取锯片31与末端示踪器33之间的位置关系。其中，定位系统获取末端示踪器33和工具示踪器34的位置关系来确定锯片31与末端示踪器33之间的位置关系。

在一种可选的实施方式中，末端示踪器33所在的平面与工具示踪器34所在的平面间的距离为0mm。这样，定位系统定位末端示踪器33和工具示踪器34时，工具示踪器34与末端示踪器33至少在主体32的长度方向上具有相同的位置。且至少在该方向上，末端示踪器33与工具示踪器34的位置关系确定且唯一，定位系统能够较为准确地获取工具示踪器34与末端示踪器33间的位置关系。再结合工具示踪器34与锯片31的安装关系，进一步准确得出锯片31与末端示踪器33的位置关系。

在一种可选的实施方式中，末端示踪器所在的平面与工具示踪器所在的平面间的距离为10mm。在这种情况下，末端示踪器33所在的平面与工具示踪器34所在的平面间的距离较近，定位系统所获取的两者之间的位置关系不会出现较大的误差。若出现误差也在手术系统允许的误差范围内，同样能够准确确定锯片31与末端示踪器33之间的位置关系。

在一些可选的实施方式中，末端示踪器33所在的平面与工具示踪器34所在的平面间的距离为0mm～10mm的任意值，如1mm、5mm或8mm。这样，定位系统同样可以较精确地获取锯片34与末端示踪器333的位置关系，其具体原理与上述实施例相同，这里不再赘述。

在另一些可选的实施方式中，末端示踪器33所在的平面与工具示踪器34所在的平面间的距离为0mm～20mm的任意值，如0mm、15mm或20mm等。这样，定位系统也可以较精确地获取锯片34与末端示踪器333的位置关系，其具体原理与上述实施例相同，这里不再赘述。

全膝关节置换术主要涉及对膝关节多个目标截骨面的截骨。具体为胫骨平台截骨、股骨远端截骨、股骨前髁截骨、股骨后髁截骨、股骨后斜角截骨以及股骨前斜角截骨。

如图7至图9所示，图7为本公开实施例的右腿全膝关节置换手术示意图。图8为本公开实施例的右腿全膝关节置换手术中末端执行器调整锯片角度示意图；图9为本公开实施例的锯片与股骨远端目标截骨面b对准状态示意图。以右腿全膝关节置换为例，患者为屈膝仰卧位，机器人臂1及承载其的台车12位于患者的患处侧(患者的右侧)定位系统2位于患处侧的对侧(患者的左侧)。机器人臂1由患处侧指向对侧，机器人臂1的末端臂11连接有末端执行器3，机器人臂1将末端执行器3大致保持在膝关节上方且横向于患者。手术时，锯片31将从患者前侧入路，锯片31的切削端31a指向膝关节，锯片31截骨时锯片31平面只需末端执行器3大致绕平行于人体冠状面与横断面交线的轴线(回转中心线W)调整角度，即可实现膝关节置换手术规划的六个平面的定位。

具体参考图8，末端执行器3搭载锯片31进行不同截骨面的定位时，为适应不同目标截骨面的角度，在远离患处的位置处进行锯片31平面调整。机器人臂1的末端臂11绕自身轴线的旋转使末端执行器3绕轴线(回转中心线W)旋转，锯片31平面转动一定角度。按照临床中的截骨顺序，末端执行器3姿态调整后依次具有第一姿态A、第二姿态B、第三姿态C、第四姿态D、第五姿态E以及第六姿态G。其中末端执行器3的第一姿态A中锯片31的角度与胫骨目标截骨面a的角度对应；第二姿态B中锯片31的角度与股骨远端目标截骨面b的角度对应；第三姿态C中锯片31的角度与股骨前端目标截骨面c的角度对应；第四姿态D中锯片31的角度与股骨后端目标截骨面d的角度对应，第五姿态E中锯片31的角度与股骨后斜目标截骨面e的角度对应，第六姿态G中锯片31的角度与股骨前斜目标截骨面g的角度对应。分别完成锯片31与六个相应的目标截骨面截骨面的角度定位后，机器人臂1在一定范围内按照预定路径平移一定距离即可实现各个平面与目标截骨平面的对准，如图9所示为锯片31与股骨远端目标截骨平面b对准并即将进行截骨的示意图，锯片31定位至该状态后，机器人臂1在控制器的控制下将锯片31的移动范围限制在该平面，医生推动末端执行器3在该平面移动并完成相应的截骨。

在手术过程中，用于切割骨组织的锯片31在截骨时会高速摆动。在锯片31截骨时不能在锯片31上直接安装示踪器以定位锯片31的位置。因此，在进行初次截骨(即胫骨截骨)之前，在锯片31上安装工具示踪器34。工具示踪器34可以帮助骨科机器人直接定位锯片31的位置，使机器人臂1能够在工具示踪器34的辅助下走位，以将锯片31定位至股骨远端目标截骨面。并且在工具示踪器34安装在锯片31上的走位过程中，也使骨科机器人得到锯片31与末端示踪器33的位置关系。完成走位并将锯片31定位至胫骨目标截骨面后，将工具示踪器34由锯片31上拆下。启动锯片31的动力装置，使锯片31高速摆动，进而在机器人臂1的辅助下在胫骨目标截骨面内进行截骨。对后续5个目标截骨面进行截骨时，骨科机器人能够根据末端示踪器33的位置和第一次截骨前通过工具示踪器34获得的锯片31与末端示踪器33的位置关系，来精确确定锯片31的位置并相对准确地指导截骨过程。这样，使得骨科机器人既能够精确定位锯片31的位置，在后续5个目标截骨面进行截骨之前，也无需多次安装工具示踪器34。

需要说明的是，在手术中，锯片31定位的准确性受定位系统2对示踪器定位的准确性和锯片31与末端示踪器33间位置关系定位的准确性两个因素影响。末端示踪器33的定位的准确性主要受定位系统2定位精度的影响。锯片31与末端示踪器33间位置关系的确定同样受定位系统2精度的影响。定位系统2精度客观存在且难以避免。而本公开实施例中，如图3所示，末端示踪器33所在的平面靠近锯片31。并且如图6所示，末端示踪器33所在的平面与工具示踪器34所在的平面接近重合，使得末端示踪器33所定义的坐标系与工具示踪器34定义的坐标系间的位置关系相对简单。定位系统2在对两个示踪器进行定位时，由两个示踪器表示的两个坐标系在主体32长度方向上接近，定位系统2将能够更加精确地确定锯片31与末端示踪器33间的位置关系。

在一种可选的实施方式中，可以不设置工具示踪器34。这样，在手术中，定位系统2直接通过末端示踪器33的位置以及末端示踪器33与锯片31间固有的位置关系获取锯片31位置。在末端执行器3中，末端示踪器33与锯片31在主体32的长度方向上具有第一位置关系。第一位置关系下，末端示踪器33靠近锯片31，末端示踪器33能够较准确地反映锯片31的位置。骨科机器人可以根据末端示踪器33指示的锯片31的位置来精确指导手术。并且，也无需在每次截骨前安装工具示踪器34，操作方便。

在一种可选的实施方式中，末端示踪器33所在的平面与所述工具示踪器34所在的平面与重合。这样，末端示踪器33所定义的坐标系和工具示踪器34定义的两个示踪器在至少一个方向上不会产生定位误差。通过定位系统2获取末端示踪器33和工具示踪器34间的位置关系以获得锯片31和末端示踪器33之间的关系时，位置关系的确定将更为准确。

在一种可选的实施方式中，手术工具可以是除锯片31外的其他器械，如铣刀、钻头以及磨锉等。可以理解的是，通过末端示踪器33以及工具示踪器34的设置，使诸如铣刀、钻头或磨锉等工具在手术时能够被精准定位。且上述手术工具被精准定位的原理与锯片31被定位的原理相似，这里不再赘述。

继续参考图1，第二方面，本公开提出一种外科手术系统，包括末端执行器3、机器人臂1、定位系统2以及控制器4，末端执行器3，为第一方面的末端执行器3；机器人臂1用于搭载末端执行器3，并且为末端执行器3提供动力；定位系统2用于识别示踪器的位置以获取末端执行器和/或锯片31的位置信息；控制器4，用于控制末端执行器37按照预定手术计划截骨。

具体地，控制器4可以控制机器人臂1，使机器人臂1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手术工具超出预定虚拟边界，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。末端执行器3与机器人臂1之间为可拆卸连接；定位系统2用于获知锯片31以及患者骨骼的位置。定位系统2一般包括定位器(如双目相机)通过3D测量技术测量上述示踪器的方位。控制器4用于根据手术计划驱动机器人臂1将假体安装执行器移动至目标位置，以使锯片31定位至目标截骨平面。手术计划中可以包括机器人臂移动路径、移动边界等。其中，如本公开第一方面所述的末端执行器。通过末端执行器的设置，方便定位系统对诸如锯片、铣刀的手术工具进行准确定位。

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，但在本发申请基础上，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 (18)

1.一种末端执行器，用于在机器人臂的把持下执行预定动作，其特征在于，所述末端执行器包括：

手术工具；

主体，包括第一接口和第二接口，所述第一接口用于与所述机器人臂连接，所述第二接口用于连接所述手术工具；

末端示踪器，用于定位所述手术工具的位置；

其中，所述末端示踪器与所述第一接口分别位于所述主体的两端，所述末端示踪器与所述第二接口具有预定的第一位置关系。

2.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述末端示踪器所在的平面垂直于所述主体的长度方向。

3.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述末端执行器被构造为所述第二接口设置于所述主体的第一侧且靠近所述末端示踪器，使所述末端示踪器与所述第二接口具有所述第一位置关系。

4.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述第一位置关系下，所述末端示踪器与所述第二接口在所述主体的长度方向上的距离为0mm～50mm。

5.根据权利要求4所述的末端执行器，其特征在于，所述末端示踪器与所述第二接口在所述主体的长度方向上的距离为0mm～30mm。

6.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述第一位置关系下，所述末端示踪器与所述第二接口在所述主体的纵向方向上的距离为0mm～70mm。

7.根据权利要求6所述的末端执行器，其特征在于，所述末端示踪器与所述第二接口在所述主体的纵向方向上的距离为40mm～60mm。

8.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述末端示踪器与所述主体在虚拟纵向上的位置相同，和/或所述末端示踪器的高度不大于所述主体的纵向高度。

9.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述执行器还包括工具示踪器，所述工具示踪器与所述手术工具可拆卸连接。

10.根据权利要求9所述的末端执行器，其特征在于，所述末端执行器被构造为：所述工具示踪器安装于所述手术工具时，所述工具示踪器与所述末端示踪器具有第二位置关系。

11.根据权利要求10所述的末端执行器，其特征在于，所述第二位置关系下，所述工具示踪器所在的平面与所述末端示踪器所在的平面平行。

12.根据权利要求9所述的末端执行器，其特征在于，所述工具示踪器所在的平面与所述末端示踪器所在的平面间的距离为0mm～20mm。

13.根据权利要求12所述的末端执行器，其特征在于，所述工具示踪器所在的平面与所述末端示踪器所在的平面间的距离为0mm～10mm。

14.根据权利要求10所述的末端执行器，其特征在于，所述第二位置关系下，所述工具示踪器上的示踪元件的朝向与所述末端示踪器上示踪元件的朝向相同。

15.根据权利要求10所述的末端执行器，其特征在于，所述第二位置关系下，所述工具示踪器与所述末端示踪器在第一方向上错位设置。

16.根据权利要求15所述的末端执行器，其特征在于，所述第一方向为虚拟纵向，所述虚拟纵向、所述主体的长度方向以及虚拟横向两两垂直。

17.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述末端执行器还包括手柄，所述手柄设置于所述主体的第二侧，所述手柄与所述第二接口分别设置于所述主体的相对的两侧。

18.一种手术系统，其特征在于，包括：

末端执行器，所述末端执行器为权利要求1至17任一项所述的末端执行器；

机器人臂，用于搭载所述末端执行器；

定位系统，用于定位所述末端执行器和/或所述手术工具的位置；

控制器，用于控制所述末端执行器执行预定手术计划。