本發(fā)明涉及馬達(motor，電機，電動機)系統(tǒng)、馬達、以及包括它的機械臂(robotarm)裝置。更特別地，本發(fā)明涉及在線性運動期間提供高精度的馬達，并且它們還適合于在醫(yī)療環(huán)境中使用。

背景技術(shù)：
已經(jīng)開發(fā)了幾種類型的用于線性運動的馬達。例如，在半導(dǎo)體行業(yè)中，用線性馬達來精確地定位晶圓。另一實例是齒條和小齒輪(pinion)。小齒輪是圓形的，并在其外表面上設(shè)置有齒。這些齒與設(shè)置于線性桿(即齒條)上的齒接合(engage，嚙合)。這樣，將小齒輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成齒條的線性運動。馬達和機械臂裝置的一個特別有趣的應(yīng)用是使用磁共振成像(MRI)的醫(yī)學(xué)成像的領(lǐng)域。由于人逐漸變老，新的癌癥的情況的數(shù)量增加。如果早期發(fā)現(xiàn)癌癥，恢復(fù)的機會更大。新的診斷方法使得可能在非常早的階段檢測到癌癥。一種經(jīng)常出現(xiàn)的癌癥種類是前列腺癌。一種早期檢測方法使用前列腺的對比度增強的MRI。由此檢測到前列腺中的可表示癌癥的不規(guī)則性。然而，為了確定診斷以及由此為了開始治療，活體檢查組織樣本是必需的。MRI檢查的增加的診斷質(zhì)量的問題是，發(fā)現(xiàn)如此小的病變，使得傳統(tǒng)的活體檢查技術(shù)沒注意到它。這導(dǎo)致必須重復(fù)進行活體檢查，或者更差地，在活體檢查針已經(jīng)忽略病變的同時，導(dǎo)致得出沒有癌癥的結(jié)論。由于這個原因，需要能夠在MRI成像的基礎(chǔ)上，以精確的、可檢驗的、簡單的且快速的方式，獲得活體檢查樣本。如果可在MRI視野下操作活體檢查針，那么這將是最佳的，其中，在操作期間，可補償由于針的操作而引起的前列腺的變形。僅當(dāng)在病變中看到針時，并由此證明已經(jīng)從懷疑位置獲得活體檢查樣本時，可作出是否存在癌癥的確定判斷?；贛RI的該方法是MRI檢驗的，而不是MRI引導(dǎo)的，因此需要大量時間。醫(yī)生必須進入MRI空間，使患者從MRI滑出，操作針，然后必須將患者推回到MRI中。醫(yī)生離開該空間并進行檢驗MRI。重復(fù)此操作，直到針已經(jīng)到達目標位置為止。因此，需要馬達來進行精確定位，特別是用于醫(yī)療器械。另一需求來源于這些馬達需要是無菌的事實。另外，這些裝置需要適合于在MRI環(huán)境內(nèi)運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的一個目的是解決至少一個上述需求。根據(jù)本發(fā)明，用一種馬達系統(tǒng)來實現(xiàn)此目的，該馬達系統(tǒng)包括具有齒條構(gòu)件(rackmember)的馬達，齒條構(gòu)件在其表面上設(shè)置有一種結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)在至少一個方向上具有齒輪元件(gearelement，傳動元件)的周期性布置。齒條構(gòu)件的一維實例是上述齒條，其中，該表面結(jié)構(gòu)包括齒的周期性布置。然而，二維或更多維布置也是可能的，例如，是在其表面中設(shè)置有蜂窩型構(gòu)造的凹陷(dimple)的金屬平面的形式。這種表面的特征是不止在一個方向上具有可識別的齒輪元件的周期性布置(在此情況中，是單個蜂窩單元)。根據(jù)本發(fā)明的馬達進一步包括齒構(gòu)件，該齒構(gòu)件容納(accommodate，適配，適應(yīng))對至少一個方向中的一個方向所布置的一組多個致動器，每個所述致動器包括接合元件(engagingelement，嚙合元件)和驅(qū)動單元，接合元件被成形為用于與所述齒輪元件接合，驅(qū)動單元用于對所述接合元件提供動力，使其相對于所述周期性結(jié)構(gòu)來回運動。根據(jù)本發(fā)明，一組致動器被用于這些方向中的一個方向，沿著該方向可識別周期性布置。多組能夠被用于不同的方向。接合元件被成形為用于與齒輪元件接合。優(yōu)選地，接合元件具有用于與齒輪元件接觸的外表面，其呈現(xiàn)有與齒輪元件本身互補的形狀的至少一部分。在已知的齒條和小齒輪(pinion)的情況中，小齒輪的齒形成接合元件，而可將圓形結(jié)構(gòu)和用于旋轉(zhuǎn)該圓形結(jié)構(gòu)的驅(qū)動裝置視為包括驅(qū)動單元。根據(jù)本發(fā)明，接合元件至少在朝向齒輪元件運動的部分期間與所述齒輪元件接合，以在所述至少一個方向的所述一個方向上導(dǎo)致所述齒條構(gòu)件和所述齒構(gòu)件之間的相對運動。因此，齒輪元件和接合元件之間的接合導(dǎo)致齒構(gòu)件和齒條構(gòu)件之間的相對運動，這意味著，那些構(gòu)件中的一個是固定的，或者這兩個都不是固定的。通常，接合元件從特定方向與齒條構(gòu)件接合，該特定方向不是所產(chǎn)生的相對運動的方向。在齒條和小齒輪中，通過小齒輪的旋轉(zhuǎn)運動，來直接地導(dǎo)致線性運動所需的力。通過本發(fā)明，推力是接合元件和齒輪元件的形狀與接合方向上的力結(jié)合的結(jié)果。通過本發(fā)明，每個所述致動器被定位為間隔開，從而以其不同的減小相位(reducedphase)接合所述周期性結(jié)構(gòu)。這里，應(yīng)將不同的相位解釋為沿著周期性布置的方向在不同位置處接合周期性結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的馬達系統(tǒng)進一步包括控制單元，該控制單元用于周期性地控制這組致動器中的每個致動器的每個驅(qū)動單元以相對于彼此時移(time-shifted)的方式運行。因此，給定組中的每個致動器自己周期性地運動。另外，將有時是給定致動器的運動相對于同一組中的另一致動器是時移的，這意味著，致動器不是同相的。例如，將有時是當(dāng)一個致動器朝向周期性結(jié)構(gòu)運動而另一致動器離開。優(yōu)選地，將以相同的周期驅(qū)動致動器。根據(jù)本發(fā)明，在多個控制周期期間，周期性地控制每個驅(qū)動單元允許在所述至少一個方向的所述一個方向上的持續(xù)相對運動。這里，持續(xù)運動指的是運動始終處于給定方向上而不在相反方向上的情況。與上述齒條和小齒輪不同，根據(jù)本發(fā)明的馬達呈現(xiàn)有多個致動器，每個致動器具有接合元件和驅(qū)動單元，其中，可單獨控制這些驅(qū)動單元。對于單個致動器的單個動作，齒條構(gòu)件和齒構(gòu)件之間的相對運動由齒輪元件的形狀和接合元件的形狀決定。因此，在線性運動中達到高精度變得可能。例如，可與相對大量的致動器結(jié)合使用相對陡的輪廓(profile)。然后，由單個組中的大量致動器來補償由單個致動器所達到的相對小的位移。如果用齒條和小齒輪來達到類似的精度，那么需要減小小齒輪的尺寸和/或齒的尺寸，由于齒條和小齒輪之間的減小的接合面積而導(dǎo)致不太穩(wěn)定的系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述齒輪元件、這組致動器中的致動器的數(shù)量、所述控制單元、以及所述致動器定位被構(gòu)造成使得，在控制單元已經(jīng)控制每個所述致動器所述周期性控制的一個周期之后，齒構(gòu)件和齒條構(gòu)件之間的相對運動等于或超過齒輪元件在所述至少一個方向的所述一個方向上的長度。有利地，用相同的時間周期來驅(qū)動每個接合元件。此外，每個接合元件優(yōu)選地推斷出齒條構(gòu)件和齒構(gòu)件之間的相同的相對位移。根據(jù)本發(fā)明，從不同致動器產(chǎn)生的各個位移的和超過齒輪元件在運動方向上的長度。由于這個原因，每個接合元件可向后運動，并重復(fù)其動作，從而允許持續(xù)相對運動。優(yōu)選地，將這組致動器沿著所述至少一個方向中的所述一個方向定位為間隔開。通過在運動方向上布置這些致動器，可避免與所關(guān)注的運動無關(guān)的機械力，從而避免馬達本身內(nèi)的磨損和摩擦。齒輪元件的布置優(yōu)選地在至少兩個維度上是周期性的，其中，對于所述至少兩個維度中的每個維度，致動器進一步包括一組致動器。在此實施方式中，可將齒條元件解釋為已知齒條的多維度延伸部。將至少兩組布置在馬達中，每個用于不同的周期方向。并不是每個可能的周期方向都需要由一組致動器解決。盡管如此，對兩個不同方向使用兩組允許在兩個不同方向上的相對運動。此外，因為這些方向上的周期通常是不同的，所以，與那些方向上的相對運動相關(guān)的速度相應(yīng)地不同。技術(shù)人員應(yīng)理解，可通過使用適當(dāng)布置的齒輪元件和適當(dāng)布置的接合元件來獲得任何所需方向上的運動。實際上，周期性布置所處的任何方向可用于此目的。此外，周期性布置的事實并非必須暗示，將接合元件布置為與相鄰的齒輪元件接合。此外，接合元件的總數(shù)取決于齒輪元件的形狀和接合元件的形狀。它們共同決定由于相互接合而引起的齒條構(gòu)件的移位。由于所有接合元件而引起的組合移位應(yīng)足以使齒條構(gòu)件在齒輪元件的長度上運動。為此，如果將控制單元布置為，從控制屬于一組的致動器變成控制屬于不同組的致動器，那么是有利的。這樣，可連續(xù)地實現(xiàn)分開的運動。除了將齒輪元件布置在齒條構(gòu)件的平坦表面上或布置在其彎曲表面上以外，齒條構(gòu)件本身也可包括本體，齒輪元件周期性地布置于其周圍，優(yōu)選地，完全地布置于其周圍。通過這種馬達，相對運動可導(dǎo)致齒條構(gòu)件和齒構(gòu)件相對于彼此旋轉(zhuǎn)和/或平移。通過將齒輪元件繞在齒條構(gòu)件周圍，使得形成連續(xù)的表面結(jié)構(gòu)，可完成旋轉(zhuǎn)，使得在完成旋轉(zhuǎn)之后，以相同的減小相位定位接合元件。根據(jù)接合元件相對于齒條構(gòu)件的定位，以及齒輪元件的周期性布置，此旋轉(zhuǎn)可能伴隨有軸向位移。因此，根據(jù)接合元件的布置和齒輪元件的布置，齒條構(gòu)件可能旋轉(zhuǎn)或平移，或同時旋轉(zhuǎn)并平移。選擇不同布置的接合元件允許在不同方向上運動。一種特別適合的齒條構(gòu)件的形狀是基本上缸體(cylindrical，圓柱形)的形狀，其中，周期性布置位于所述缸體(cylinder)的圓周表面上，即，位于與缸體的軸線平行地延伸的表面上。這里，齒構(gòu)件包括設(shè)置有圓形開口的殼體，該圓形開口用于接收所述齒條構(gòu)件的至少一部分，并且，將這組致動器相對于所述齒條構(gòu)件布置在徑向方向上。而且這里，可通過將齒條構(gòu)件或齒構(gòu)件固定至支撐框架，而使其是固定的。在本發(fā)明的上述實施方式中(包括齒條構(gòu)件的缸體的實施方式)，可通過位于所述殼體中的圓形通孔來形成圓形開口。這允許較大的動態(tài)運動范圍。例如，如果齒構(gòu)件是固定的，那么齒條構(gòu)件能夠基本上在其全長上運動?？蓪⑦\動限制器布置在齒條構(gòu)件和/或齒構(gòu)件上，以防止齒條構(gòu)件與齒構(gòu)件分離。附加地或替代地，將齒輪元件分布在所述缸體形狀周圍的螺旋形路徑中。在此情況中，運動方向是與螺旋形路徑相切的切向量。規(guī)定將這些致動器定位在相對運動的方向上，則意味著將它們定位在相似的徑向位置處，而非不同的軸向和圓周位置，后者的位置與相關(guān)的切向量對應(yīng)。為了改進馬達的穩(wěn)定性，可將齒條構(gòu)件和齒構(gòu)件在垂直于表面結(jié)構(gòu)的方向上相對于彼此固定。例如，通過缸體齒條構(gòu)件的實施方式，齒條構(gòu)件和齒構(gòu)件之間的徑向距離是固定的，因為徑向方向垂直于表面結(jié)構(gòu)?？赡苡弥慰蚣軄砉潭X構(gòu)件和齒條構(gòu)件中的一個，而另一構(gòu)件可在所述至少一個方向中的一個方向上自由運動。有利地，馬達進一步包括設(shè)置于齒條構(gòu)件和/或齒構(gòu)件中的引導(dǎo)元件，該引導(dǎo)元件用于在其中引導(dǎo)齒條構(gòu)件和/或齒構(gòu)件中的另一個。通過缸體形狀的實施方式，這種引導(dǎo)件是由圓形開口或通孔來形成，因為其沿著其軸線引導(dǎo)齒構(gòu)件。為了避免馬達的任何間隙，如果將控制單元布置為，控制這組致動器內(nèi)的驅(qū)動單元，使得至少一個供有動力的(powered，供電的)接合元件在馬達的運行期間的每個時間點與表面結(jié)構(gòu)接合，那么這是有利的。這樣，接合元件和齒輪元件之間始終存在直接接合。施加于一個非固定部件(例如，缸體的齒條元件)上的突然的外部推動，不會必須導(dǎo)致齒條元件的位移，因為該外部推動被接合元件和齒構(gòu)件之間的持續(xù)接合所抵消。附加地或替代地，將每個致動器的驅(qū)動單元構(gòu)造為，在提供動力狀態(tài)(poweringstate，供電狀態(tài))中運行，以便向所述接合元件提供動力，從而朝向所述齒條構(gòu)件運動，并在釋放狀態(tài)中運行，以使所述接合元件遠離齒條構(gòu)件，所述驅(qū)動單元包括彈性構(gòu)件，該彈性構(gòu)件至少可在所述釋放狀態(tài)中能夠操作(operable，可使用的)并被構(gòu)造為迫使接合元件遠離齒條構(gòu)件運動，并且/或者驅(qū)動單元被構(gòu)造為允許接合元件在釋放狀態(tài)中遠離齒條構(gòu)件運動而基本不向接合元件上施加力。因此，將接合元件從其與齒條構(gòu)件接合的位置主動地收回，或者允許其后退，基本不存在反力。后者使得運動的齒條構(gòu)件能夠在釋放狀態(tài)中推開接合元件。無論如何，應(yīng)避免齒條構(gòu)件所遇到的由遠離周期性結(jié)構(gòu)的致動器所施加的阻力。優(yōu)選地，將控制單元布置為順序地控制這組致動器。從所述致動器的觀查點看，齒輪元件優(yōu)選地是對稱的，并且控制單元優(yōu)選地進一步能夠控制所述組中的所述致動器，以在與所述至少一個方向中的所述一個方向相反的方向上，導(dǎo)致齒條構(gòu)件和齒構(gòu)件之間的相對運動。通過具有對稱的齒輪元件，即，在特定方向上及其相反方向上的運動中遇到的相同結(jié)構(gòu)，可在兩個相反的方向上實現(xiàn)相對運動，例如，從左到右和從右到左?？刂茊卧ㄟ^為各個致動器調(diào)整控制方案，來決定使用哪個方向。在本發(fā)明的上下文內(nèi)，應(yīng)將一個方向和與前一方向相反的方向解釋為是不同的方向，可能將每個方向分布給不同組的致動器。然而，通過具有對稱的齒輪元件，可能對兩個方向使用相同的組。優(yōu)選地，齒輪元件包括位于所述齒條構(gòu)件的表面中錐形腔室，并且接合元件具有對應(yīng)的錐形凸起。錐形形狀或在垂直于表面結(jié)構(gòu)的方向上旋轉(zhuǎn)對稱的另一形狀，在接合元件和齒輪元件之間提供自定心接合。這減小系統(tǒng)的磨損，并改進定位致動器所需的精度。在一個實施方式中，用于給定的周期方向的這組致動器包括至少n個致動器，其中，n大于或等于2，并且其中，將相應(yīng)的致動器定位為以大約mx360/n的減小的相位與表面結(jié)構(gòu)接合，其中，m分別＝1…n。這里，減小的相位指的是，對包含于其中的整數(shù)周期校正的周期性結(jié)構(gòu)的某一位置的相位。例如，480度的絕對相位將導(dǎo)致480-360＝120度的減小的相位。從接合方向計算周期是重要的。如果接合元件例如以一定角度與周期性結(jié)構(gòu)接合，那么，如從接合元件看到的，齒輪元件的相關(guān)長度可能與垂直接合的情況中的不同。在此情況中，為了計算的目的，建議使用之前的長度。優(yōu)選地，將不同但是等距減小的相位下的致動器相對于不同的齒輪元件對準。這防止隔開的致動器過近而靠在一起，靠在一起的話將阻止彼此的運動。此外，優(yōu)選地這樣定位致動器，使得接合元件與表面結(jié)構(gòu)垂直地接合。雖然不同組歸因于每個周期方向，但是這并不排除至少一個致動器屬于兩個不同組的致動器的可能性。例如，如果將5個致動器布置在交叉狀的結(jié)構(gòu)中，那么交叉中點的致動器將包含在由該交叉表示的兩個方向上的運動中。驅(qū)動單元的一個有利實施方式包括活塞類型的可致動(actuablepiston-typecylinder)的缸體，所述可致動缸體具有缸體殼體和能夠在其中運動的活塞，其中，所述接合元件由所述活塞的端部形成和/或布置于該端部上。這里，缸體殼體在接合方向上相對于齒輪元件是固定的。驅(qū)動單元可包括其他適當(dāng)?shù)挠糜隍?qū)動接合元件的裝置。除了上述缸體以外，例如，可能使用液壓的或氣動的、電動的馬達，例如，線性馬達。優(yōu)選地，這種可致動缸體是單作用的。這意味著，活塞朝向齒輪元件的運動是由缸體的致動引起的，從而在齒輪元件上施加很大的力，而遠離齒輪元件的往復(fù)運動由缸體或其外部的一些類型的彈性力而導(dǎo)致。例如，可將彈簧或其他彈性元件(例如流體壓力)布置在缸體殼體內(nèi)，當(dāng)不致動它時，迫使活塞后退。在遠離齒輪元件的運動期間，活塞在齒輪元件上不施加力或施加非常小的力。特別是對于醫(yī)療環(huán)境，優(yōu)選地，用氣動缸體作為可致動的缸體。液壓缸體或其他缸體帶來泄漏的危險。優(yōu)選地，用壓縮空氣來驅(qū)動氣動缸體，盡管也可能使用負壓。優(yōu)選地，氣動缸體在操作期間是脈沖操作的。這里，將在短時間內(nèi)致動缸體。齒構(gòu)件和齒條構(gòu)件的相對運動的速度可由驅(qū)動氣動缸體的速度和所使用的壓縮空氣壓力決定。為了使本發(fā)明的馬達進一步適合于醫(yī)療環(huán)境，特別是MRI環(huán)境，用非傳導(dǎo)性非磁化或不可磁化的材料制造馬達是適宜的。根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了一種機械臂裝置，包括第一框架部件和第二框架部件，可將第一框架部件安裝或放置在用于機械臂裝置的支撐體上，第二框架部件耦接(coupled，結(jié)合)至第一框架部件。這里，根據(jù)本發(fā)明的馬達用于改變第一和第二框架部件的相互定向和/或距離。為此，將所述馬達的齒構(gòu)件與所述第一和第二框架部件中的一個耦接，并將齒條構(gòu)件與所述第一和第二框架部件中的另一個耦接。此耦接不需要是直接的，而是可通過鉸鏈或其他中間結(jié)構(gòu)而體現(xiàn)。第一和/或第二框架部件能夠包括用于輕松地將部件放在其上的平板部分。例如，由此可將第一框架部件附接至患者躺在其上的床，從而獲得穩(wěn)定的整體。放在第一和第二框架部件之間的馬達形成機械臂裝置的結(jié)構(gòu)部分。在一個優(yōu)選實施方式中，將齒條構(gòu)件(例如，上述缸體的形式)與第二框架部件連接。然后，將齒構(gòu)件與第一框架部件連接?？赡芤云渌绞桨惭b馬達。在將多個馬達設(shè)置于框架部件之間的情況中，可能彼此不同地安裝馬達，使得產(chǎn)生兩種以上安裝方法的組合。機械臂裝置優(yōu)選地包括至少六個根據(jù)本發(fā)明的馬達，其被布置為形成斯圖爾特平臺(Stewartplatform)。此類型的平臺提供所有方向的六個自由度的運動，即，平移、形成角度和旋轉(zhuǎn)。第一和第二框架部件上的馬達之間的耦接必須支持這些自由度，并且必須相應(yīng)地提供鉸鏈。為了能夠在MRI環(huán)境內(nèi)使用機械臂裝置，或馬達本身，優(yōu)選地，使用非磁性、不可磁化和非傳導(dǎo)性的材料，例如，塑料、碳、玻璃或陶瓷材料。如果第一和/或第二框架部件設(shè)置有通孔，那么，可進一步改進機械臂裝置，該通孔用于在其中容納馬達的齒構(gòu)件或齒條構(gòu)件。如果齒構(gòu)件或齒條構(gòu)件本身包括通孔(其用于在其中容納齒構(gòu)件或齒條構(gòu)件中的另一個)，那么這是特別令人關(guān)注的。由于通孔，齒構(gòu)件或齒條構(gòu)件可移動通過另一構(gòu)件，從而增加馬達的動態(tài)范圍。通過將這種馬達布置在第一或第二框架部件的通孔中，可減小兩個框架部件之間的最小距離，因為可將馬達的大部分布置在第一和第二框架部件之間的空間之外。為了甚至進一步改進該機械臂裝置，其可能包括鉸鏈，優(yōu)選地是球接頭，具有設(shè)置于其中的通孔，其中，將所述齒構(gòu)件或所述齒條構(gòu)件與所述鉸鏈固定地連接，并且其中，將鉸鏈布置為，將所述齒構(gòu)件或所述齒條構(gòu)件與所述第一和/或第二框架部件鉸接地連接。此結(jié)構(gòu)不僅允許減小第一和第二部分之間的最小距離，而且允許馬達的旋轉(zhuǎn)。如果使用球接頭，那么此旋轉(zhuǎn)可能在多個軸線之上。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種如之前定義的馬達。此馬達的驅(qū)動單元是能夠在外部控制的。附圖說明接下來，將參考附圖更詳細地討論本發(fā)明，附圖中：圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的機械臂裝置的一個優(yōu)選實施方式；圖2A至圖2D示出了根據(jù)本發(fā)明的具有三個接合元件的馬達的原理；圖3示出了圖2A的馬達的具有兩個接合元件的變型；圖4A至圖4B示出了具有二維周期性結(jié)構(gòu)的齒條構(gòu)件的一個實施方式；圖5A至圖5G示出了根據(jù)本發(fā)明的馬達的致動器；圖6示出了圖1的機械臂裝置的變型；以及圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的機械臂裝置的應(yīng)用。具體實施方式在以下實施方式的描述中，將馬達的運行描述為好像將齒構(gòu)件保持固定一樣。技術(shù)人員應(yīng)理解，也可能保持齒條構(gòu)件固定。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的機械臂裝置1的一個實施方式。機械臂裝置1包括第一框架部件2和第二框架部件3。通過馬達4將框架部件2、3相互連接。在第二框架部件3的頂部上安裝有醫(yī)療輔助裝置。在圖1中，此醫(yī)療輔助裝置是通過臂而附接的針引導(dǎo)器5。按照斯圖爾特平臺原理來布置這些馬達。這里，通過可旋轉(zhuǎn)的耦接器(未示出)，例如球(和插座)接頭，將馬達4連接至框架部件2、3。馬達4包括馬達殼體6的形式的齒構(gòu)件，將活塞7的形式的齒條構(gòu)件可運動地接收于馬達殼體中。馬達殼體6和活塞7的組合用作收縮裝置，在下文中叫做腿部。通過改變不同腿部的長度，來決定機械臂裝置的高度、平行位移、旋轉(zhuǎn)和角度。圖2A至圖2D示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的馬達4的一個優(yōu)選實施方式。將三個活塞型缸體布置在齒構(gòu)件中。這些缸體包括齒8、9、10的形式的接合元件，和驅(qū)動單元(未示出)，或其部分。缸體優(yōu)選地是氣動缸體。將齒8、9、10形成為與齒輪的齒相似。將三個齒相對于齒條構(gòu)件11上的周期性結(jié)構(gòu)相移120度。此周期性結(jié)構(gòu)包括一系列三角形齒12的形式的齒輪元件。如可從圖中看到的，將每個不同的齒定位在周期性結(jié)構(gòu)的不同減小的相位處。在圖2A中，將每個三角形12的頂部作為0度，齒8具有180度的減小相位，齒9具有60度的減小相位，且齒10具有300度的減小相位。從圖2A中所示的情況開始，當(dāng)齒9被激活(activated)時，齒8被禁止(deactivated)。齒的激活意味著，驅(qū)動單元致動齒朝向齒條構(gòu)件運動。禁止意味著，該齒收回。這可由來自驅(qū)動單元本身的凈力實現(xiàn)，例如，驅(qū)動齒的氣動活塞中的彈簧，或通過與齒條構(gòu)件的相互作用實現(xiàn)。在此后一種情況中，與另一接合元件接合的齒條構(gòu)件推動被禁止的接合元件，使其遠離齒條構(gòu)件。在任一情況中，將被禁止的接合元件施加在齒條構(gòu)件上的力減到最小是重要的。由于齒9的接合的原因，齒條構(gòu)件11側(cè)滑。由此主動地將齒8向后推，見圖2B和圖2C。齒10從齒輪元件的頂部的左側(cè)向右側(cè)滑動。因此，當(dāng)齒9已經(jīng)完全在齒條構(gòu)件11中延伸，齒10在與齒條構(gòu)件11接合的正確位置中。因此，如果交替地或順序地激活齒，那么齒條構(gòu)件11的逐步位移是可能的。通過改變齒的規(guī)律，這在任何所需速度下都是可能的。如果不激活任何齒，那么齒條構(gòu)件11可相對于齒8、9、10自由運動。如果連續(xù)地激活至少一個齒，那么阻止齒條構(gòu)件11。連續(xù)地激活至少一個齒(或一般是接合元件)的優(yōu)點是，可實現(xiàn)馬達的減小的間隙。由于連續(xù)接合的原因，馬達對施加于齒條構(gòu)件上的力不太敏感。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的使用兩個活塞型缸體的馬達的一般操作原理。圖3示出了包括一系列一個放在另一個之后的齒12的齒條構(gòu)件11。還示出了兩個與分開的活塞型缸體連接的齒13、14，與圖2A中的實施方式(未示出)相似。這些齒可能沿著用箭頭15、16表示的方向運動。在圖3中，齒13與齒條構(gòu)件11接合，更特別地，與其表面上的周期性結(jié)構(gòu)接合。由于當(dāng)激活對應(yīng)的缸體時齒13進一步向下運動，所以齒條構(gòu)件11將如箭頭17指示的運動。由此，將采取如虛線所示的位置。如可從圖3中推斷的，齒14在此情況中可與齒條構(gòu)件11接合。這里，激活與此齒對應(yīng)的缸體，并且禁止或主動地收回與齒13對應(yīng)的缸體。結(jié)果，齒13將后退，例如，由于與位于(單作用)缸體本身中的彈簧相關(guān)的彈簧力的原因。一旦齒14已向外運動，齒條構(gòu)件11已經(jīng)到達可與起始位置相當(dāng)?shù)奈恢茫⒖芍貜?fù)該過程。然后，再次激活齒13的缸體，與被禁止的齒14的缸體相反。必須指出，如從其垂直方向看到的，齒條11的周期性與當(dāng)從齒13、14的接合方向看到的不同，其分別對應(yīng)于箭頭15和16。側(cè)面18的長度與齒相關(guān)。在圖3中，將齒13、14設(shè)置在不同的減小相位處。例如，可以規(guī)定，齒13與齒條構(gòu)件11的位置19對應(yīng)，且齒14與位置20對應(yīng)。當(dāng)用側(cè)面18將此計算為齒輪元件的相關(guān)維度時，這兩個位置具有180度的相差。明顯地，這與計算從用箭頭21表示的長度開始的減小相位不同。另外必須指出，通過圖示示出的齒22具有與齒14相同的減小相位。此系統(tǒng)使得能夠在一個方向上運動?？墒褂玫诙到y(tǒng)，盡管在鏡像位置中，以在另一方向上運動。圖4A中的實施方式示出了齒條構(gòu)件23上的二維周期性結(jié)構(gòu)。該周期性結(jié)構(gòu)包括錐形孔24在另外平坦表面中的二維布置。為了確保最佳的接合，接合元件的形狀與錐形孔的形狀對應(yīng)，即，錐形凸起。由于該布置的原因，可識別幾個方向，該結(jié)構(gòu)沿著這些方向是周期性的。在圖4B中，幾個方向25、26、27是其實例。通過相對于齒條構(gòu)件23以適當(dāng)?shù)姆绞讲贾眠@些接合元件，可沿著任何方向25、26、27實現(xiàn)齒條構(gòu)件23的位移。例如，圖4B通過點表示每個接合元件的頂部相對于齒條構(gòu)件23的位置。在圖4B中，示出了兩組致動器。第一組包括這樣的一些致動器，其中接合元件的頂部用點28表示，第二組包括這樣的一些致動器，其中接合元件的頂部用點29表示。第一組用于齒條構(gòu)件沿著方向25的運動，而第二組用于沿著方向27的運動。如果將兩組布置成交叉狀的形狀，那么這些致動器中的一個可已經(jīng)用于兩個運動，從而節(jié)省成本和空間。應(yīng)指出，方向25、26、27不僅僅是可能的方向。例如，可識別與一個方向上的一個錐形孔和垂直于其的方向上的兩個錐形孔對應(yīng)的另一方向。與國際象棋游戲中的馬的運動對應(yīng)的此方向，也代表可識別齒輪元件布置的周期性的方向。當(dāng)使用此方向時，接合元件不被布置為與相鄰的錐形孔接合。如上所述，齒輪元件的長度取決于所選擇的方向。例如，通過上述類似馬的方向，齒輪元件的長度是錐形孔的直徑的平方的五倍的平方根。應(yīng)布置足夠的接合元件，以確保齒條構(gòu)件可在齒輪元件的長度上運動。進一步指出，接合元件的布置不需要是如在圖4B中示出的。例如，接合元件可能這樣分布，使得它們不再位于運動的線上，和/或它們不再布置成彼此附近。然而，每個接合元件與其下方的齒輪元件必須具有指定的相差，以允許在給定方向上運動。在圖2、圖3和圖4的實施方式中，齒條構(gòu)件11、23包括一系列齒/孔。因此，對于每次致動單個接合元件，齒條構(gòu)件11、23的位移主要由齒條構(gòu)件上的齒的橫向尺寸決定。不幸地，這種梯級的尺寸對于一些應(yīng)用來說過大。特別地，在醫(yī)療應(yīng)用中，醫(yī)療輔助裝置(例如針引導(dǎo)器)的精確放置是關(guān)鍵的。對于一些應(yīng)用，由此希望實現(xiàn)減速?？捎谬X條構(gòu)件實現(xiàn)減速，如圖5A和圖5B所示。為了形成周期性結(jié)構(gòu)的目的，缸體齒條構(gòu)件30設(shè)置有螺旋形方式的錐形孔24。齒條構(gòu)件30移動通過包括馬達殼體32的齒構(gòu)件，優(yōu)選地由塑料制成，體現(xiàn)為管狀元件。此元件容納放在馬達殼體32中的隔室33中的三個活塞型缸體。將這些缸體與安裝在齒條構(gòu)件表面31中的錐形孔24中的錐形齒連接，與圖4的實施方式相似。將這些缸體在管狀元件的縱向方向上放在一側(cè)。這樣做，以推開允許各種部件運動所必需的間隙，使得其在臂中不出現(xiàn)。當(dāng)激活齒時，確定齒條構(gòu)件在兩個方向上的運動。這樣放置缸體，使得當(dāng)激活時，齒條構(gòu)件30不在線性方向上運動，而是根據(jù)圍繞缸體齒條構(gòu)件30的錐形孔24的螺旋形路徑進行螺旋形運動。同樣，在齒條構(gòu)件30完全旋轉(zhuǎn)之后獲得的軸向位移與錐形孔24在軸向方向上的心到心的距離34對應(yīng)。通過改變齒條構(gòu)件30的直徑，并由此改變孔的數(shù)量，可實現(xiàn)大量的不同傳動。如結(jié)合圖4A討論的，可不同地選擇錐形孔和接合元件的布置方式，以允許在不同方向上的運動。例如，替代螺旋形分布，可以圓形的方式分布孔。而且，在此情況中，可獲得同時的旋轉(zhuǎn)和平移，因為這里也存在多個周期性方向。圖5C是錐形孔34的示意圖，以放大的方式描繪了齒條構(gòu)件30周圍的螺線35。在圖5C中示出了處于平坦平面中的螺旋形。布置各個致動器，特別是其接合元件，以與處于螺線35上的位置處的齒條構(gòu)件30接合，相對于齒條構(gòu)件30上的周期性結(jié)構(gòu)具有120度的相互相差。點36在這里對應(yīng)于沿著齒條表面31上的齒的接合方向的齒端的凸起。這里應(yīng)指出，這些點每個均位于與齒相關(guān)聯(lián)的螺線上。馬達可進一步設(shè)置有第二組致動器，例如，沿著齒條構(gòu)件30的軸向方向布置。使用這些缸體，齒條構(gòu)件30可在軸向方向上移動而不旋轉(zhuǎn)，并且比通過使用之前提到的第一組致動器更迅速。因此，通過使用不同的組，可實現(xiàn)不同的運動，即，旋轉(zhuǎn)、平移、及其組合。應(yīng)指出，可這樣改進圖5中的實施方式，使得將齒條構(gòu)件30布置在馬達殼體32的通孔中。因此，齒條構(gòu)件30可移動通過馬達殼體32，以在另一側(cè)出現(xiàn)。同樣，大幅度改進齒條構(gòu)件30的動態(tài)范圍，即，其軸向位移的范圍。圖5D至圖5G示出了圖5A的實施方式的部分打開的透視圖，其中，已使不同的致動器在圓周方向上移位，以更好地顯示操作。在圖5D中，接合元件(叫做36-36”)都不與錐形孔24接合。在這種模式中，并且沒有鎖定裝置，齒條構(gòu)件30可相對于馬達殼體32軸向地運動。在圖5E中，將接合元件36(與其他接合元件相似，與氣動缸體或液壓缸體(未示出)的活塞桿連接)推入錐形孔24。因為此孔并不與接合元件36完全對準，所以在圓周和/或軸向方向上將出現(xiàn)凈力，導(dǎo)致齒條構(gòu)件30如箭頭所示的相應(yīng)運動。接下來，將禁止與接合元件36對應(yīng)的氣動缸體或液壓缸體，或者，此缸體將主動地收回接合元件36。在后一種情況中，控制各種致動器的控制單元將需要能夠使液壓缸體或氣動缸體的致動運動反轉(zhuǎn)。換句話說，除了控制推程以外，將需要能夠以和推程相似的周期性的方式控制回程，并考慮控制其他致動器的定時。在接合元件36從相關(guān)的錐形孔收回之后或與其同時，使接合元件36”與錐形孔接合，見圖5F。這將再次導(dǎo)致軸向和/或圓周運動。對接合元件36’重復(fù)如上所述的操作，見圖5G。一旦將接合元件36’完全插入與其相反的錐形孔中，接合元件36相對于其所指向的錐形孔的位置與圖5D所示的相同。這允許重復(fù)相同的運動順序，從而獲得單次連續(xù)運動。圖6示出了圖1的機械臂裝置的一個變型。這里，第一框架部件2設(shè)置有通孔37，將球接頭38安裝在通孔中。球接頭38便于齒構(gòu)件32和第一框架部件2之間的連接。為此，球接頭38本身設(shè)置有通孔39，將齒構(gòu)件32在其中固定地連接。特別地，如果齒構(gòu)件32也布置有通孔，如上所述，那么可實現(xiàn)通用的機械臂裝置。因為可使第一框架部件2和第二框架部件3之間的腿部(即馬達)非常小，所以機械臂裝置具有非常高的動態(tài)范圍。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的機械臂裝置的應(yīng)用。這里，將該裝置安裝在患者40附近的床上。將機械臂裝置和放在其上的針引導(dǎo)器放在初始位置中。然后，用MRI掃描器41記錄MRI圖像。需要重要指出的是，可能沒有金屬物體放在MRI掃描器附近。這減少了用于實現(xiàn)機械臂裝置的部件和材料的選擇。在圖7中，用氣動缸體作為馬達中的致動器，并且機械臂裝置的每個部件由非磁性、不可磁化且非導(dǎo)電的材料制成。通過電動氣動閥來遠程激活氣動缸體。當(dāng)醫(yī)生將機械臂裝置放在患者附近并進行粗略設(shè)置時，希望能夠從那里調(diào)節(jié)機械臂裝置的阻止和解除阻止。這可用裝置本身上的控制鍵實現(xiàn)。這些是鍵的形式的閥，其中，對與閥連接的管道施加或不施加壓力。遠程地檢測管道中的壓力，即，遠離MRI環(huán)境，其中，用檢測結(jié)果對氣動缸體供應(yīng)壓縮空氣。優(yōu)選地，通過壓縮空氣驅(qū)動氣動缸體。因為每個缸體僅需要大約三毫米的位移，所以空氣消耗是零。因此，小型的、安靜的壓縮機是足夠的。每個缸體具有其自己的稀薄壓縮空氣管線，將其捆扎并與壓縮空氣單元連接。此單元包括壓縮機、壓力調(diào)節(jié)器、壓力傳感器、真空泵、電動氣動閥、以及用于將計算機信號轉(zhuǎn)換成電動氣動閥的可用致動的電子裝置。用壓縮空氣單元來致動電動氣動閥，以獲得所需運動。通過改變腿部長度來運動的機械臂裝置的運動不是線性的。也就是說，所確定的腿部的延伸對機械臂裝置的位置可具有不同的影響，這取決于其他腿部的位置。此非線性在數(shù)學(xué)上是可預(yù)測的，然而，通過軟件補償。可通過使用根據(jù)本發(fā)明的馬達，來預(yù)測將出現(xiàn)的位移的距離。因此，機械臂裝置將可能行進可定義的路徑。通過將MRI和機械臂裝置耦接，一旦已經(jīng)建立機械臂裝置的位置和狀態(tài)，便可能出現(xiàn)在確定部分內(nèi)。如果可在MRI上識別的結(jié)構(gòu)(例如針引導(dǎo)器)由機械臂裝置控制，并且可在屏幕上看到它，那么一系列由壓縮空氣單元致動的馬達可精確地確定機械臂裝置位于什么地方，并確定正使用哪個延伸部或臂。在手動操作機械臂裝置之后，機械臂裝置的位置和狀態(tài)例如不再是已知的。然后，需要識別過程。例如，一個或多個馬達在確定方向上接收二十個脈沖?？蓮尼樢龑?dǎo)器的位移，得到第一框架部件的精確位置和機械臂裝置的狀態(tài)，和能夠得到第二框架部件及臂的相對位置一樣。一旦已知這一點，壓縮空氣單元可預(yù)測并調(diào)節(jié)針引導(dǎo)器的任何位移。技術(shù)人員應(yīng)理解，在不背離由以下權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍的前提下，可對這里描述的實施方式進行各種修改。