文章來源：MedRobot

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在一臺骨科手術機器人中，執行切割、磨削、鉆孔動作的，是一只可以精確控制路徑和力道的機械臂。它直接決定了醫生的“操作感”，也是機器人系統設計中最核心的部件之一。

目前，骨科機器人中主流的機械臂有兩種：一種是剛性連桿驅動（Rigid Arm，剛性臂），另一種是拉索線控驅動（Cable-driven Arm，線控臂）。這兩種驅動方式有何不同呢？其實80后的朋友們都在生活中見過類似的設計：

1. 老式的桿式剎車自行車（如中國老鳳凰），用的是一節節金屬桿連接手柄和車輪，結構堅固，動作直接

2. 
   

1. 現代的山地車、公路車，則普遍使用鋼絲拉索連接剎車柄與剎車塊，路徑靈活、手感也更平順

兩種都能剎車，但在結構設計上存在巨大差異。在骨科手術機器人中也是如此：剛性臂和線控臂是在技術路線上的不同選擇

# 剛性臂：從工廠到手術室

剛性機械臂是自工業自動化領域的成熟技術。這類機械臂通常由多個剛性關節串聯而成，每個關節由伺服電機驅動，通過減速器（如諧波齒輪、RV減速器）將旋轉動力傳至末端執行器。

許多骨科機器人公司，尤其是創業企業，傾向于采用如Universal Robots（UR） 等剛性機械臂作為基礎進行軟硬件定制開發。

一是剛性臂能有效提供空間定位和穩定性支持，適用于脊柱螺釘打孔定位等任務；

二是現實的考慮：選擇工業臂，通過外設和軟件適配來快速實現產品落地，這種方式更具工程可控性和商業速度——產品迭代快、硬件成本低。

但與此同時，這種剛性路徑控制也有局限性——當手術操作需要更強的靈活協同感和細微力感知時，剛性臂的“工業血統”就可能成為障礙。

# Mako的線控臂：從骨科需求出發的“手術型設計”

與通用工業平臺出身的剛性臂不同，Mako骨科手術機器人的機械臂，是從一開始就為骨科手術場景量身定制的。

線控臂與剛性臂的差異，主要體現在動力布局、傳動方式和反饋機制

不同于剛性臂在每個關節上加驅動，線控臂的驅動電機則放置在機械臂遠端，通過拉索系統傳遞動力和控制信號，使整個臂體更加靈活，順應性更強，適用于需要醫生引導和協同的復雜手術。

這種“動力遠置+拉索傳力”的方式在航空、機器人手術輔助系統中也很常見，尤其適合空間受限、需要靈活協作的場景。在骨科手術中，線控臂的幾個顯著優勢包括：

1. 更自然的“手感”反饋：醫生推動機械臂時，系統會識別操作意圖并提供響應，近似于人與人之間的協同配合；

1. 強調術中協同和動態響應，適用于膝關節置換、髖關節置換等復雜手術，能夠根據軟組織張力實時調整，支持更為復雜的操作和實時反饋。

1. 臂體輕巧，慣性小：適合在術中做微小調整，不會因結構剛性帶來多余的機械慣性；

1. 可設置虛擬邊界（Virtual Boundary）：配合術前規劃，形成“不可逾越”的數字手術安全線，防止操作越界。

這與使用剛性臂時的“帶動機器”感受，截然不同。

此外，Mako系統的線控臂支持實時力反饋監測和精細調校，讓骨鉆、骨磨等動作更精確也更安全，尤其適用于對術中“保留骨量”有嚴格要求的全髖、全膝關節置換手術。

# 技術路線背后，有手術邏輯，也有產業邏輯

盡管如今市場上多數骨科機器人多采用剛性臂，但Mako為什么選擇了線控臂？

答案在于——“它生得不一樣”。

Mako的起源可以追溯到1997年，美國麻省理工學院（MIT）開發的WAM Arm高精度線控機械臂技術。當時的研發重點是實現人-機協同操作的高度靈敏與順應性，正是手術過程中所需的“人手感”。

2004年，Mako Surgical正式成立，團隊將這一原型技術應用于骨科手術，并結合倫敦帝國理工學院開發的ACROBOT半自動化手術平臺，開始研發適用于髖膝關節置換手術的機器人輔助手術系統

這一階段，Mako團隊堅持從手術操作的實際需求出發，設計了一整套人機協作系統。線控臂的選擇，正是創始團隊從一開始就做出的技術決策。

雖然這種選擇帶來了一些挑戰，但團隊始終相信，骨科機器人不應僅僅是“定位工具”，而是“手術助手”——能夠理解醫生意圖，在術中實時調整，提供“軟性干預”。

正因如此，Mako系統于2006年完成首例單髁膝關節置換手術，2010年完成首例全髖置換手術，并在2013年被史賽克收購前，完成了超過2萬例機器人輔助手術。

截至目前，Mako在全球45個國家，已完成超過150萬例手術。（數據來源：史賽克在2025年3月美國骨科醫師學會年會公布）

# 總結和展望

Mako的線控臂并非技術炫技，而是針對骨科手術本質問題的回答。它不僅僅是術前規劃的執行者，更強調與醫生的實時協作與精準調整。臨床數據證明，Mako在膝髖關節置換手術中顯著提升了醫生操作體驗，減少了術后偏差，提高了患者滿意度。

Mako追求“臨床沉浸度”，不僅體現在人機協作的自然感上，更落實在操作的流暢度、協同的即時性與術中的控制精度上。例如，在關節置換手術中，醫生推動機械臂完成截骨操作時，Mako系統能夠以極快的響應速度配合調整，減少操作遲滯，提升術中節奏的一致性；同時，它對微小阻力的反饋調節，也使截骨過程更加平滑，提高手術效率與術后匹配度。

與此同時，另一條技術路徑以剛性臂為核心，主要聚焦于導航平臺與穩定性任務，通過優化算法提高定位精度和控制穩定性。

這兩條路徑各有優勢，沒有絕對的對錯。它們反映了不同的技術理解、產業判斷與市場選擇。

全球巨頭史賽克選擇了Mako，并將其發展成骨科手術機器人標桿，帶動了全球骨科機器人的發展。接下來，MedRobot將繼續深入剖析這家全球手術量最大的的骨科機器人企業，敬請關注“Decode”系列文章