CN110524533B - 一种串并联继电器替代生物肌肉功能的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人仿真技术领域，尤其涉及一种串并联继电器替代生物肌肉功能的装置，包括替代肌肉的继电器模组1、替代肌腱的连杆2、替代关节的转轴5和替代皮肤的封装外壳3，所述继电器模组1包括一个或多个继电器11，继电器11之间通过刚性连接件12连接组成继电器模组1，多个继电器模组1间也通过刚性连接件12互相连接，在转动关节处，继电器模组1通过连杆2与转轴5相连，所述封装外壳3覆于继电器模组1、连杆2、转轴5和支杆4的外侧。本发明还涉及一种串并联继电器替代生物肌肉功能的方法。本发明比传统的电机驱动机械转动响应更快，适用范围更广，通过串并联继电器模组替代肌肉功能，更加灵敏、稳定、可靠且控制范围更大。

Description

一种串并联继电器替代生物肌肉功能的装置及方法

技术领域

本发明属于机器人仿真技术领域，特别涉及一种利用串并联继电器替代生物肌肉功能的方法和装置。

背景技术

设计仿真机器人的一个基本要求就是使机器人能完成人类的基本肢体动作。以手臂为例，手臂上的肌肉分成肌腹和肌腱两部分，肌腹由肌纤维构成，有收缩能力，肌腱由致密结缔组织构成，无收缩能力，骨骼肌依靠肌腱附着于骨骼。在肌腱的牵引作用下，肌肉才能收缩并带动不同骨骼运动。

继电器是一种利用电磁效应实现衔铁产生位移变化的元件，利用继电器模组代替肌腹，连杆代替肌腱，转轴代替关节，封装外壳代替皮肤的方法可模拟人类肢体的基本动作。根据所需的肌肉收缩长度和拉力大小，可设计不同的继电器模组串并联方式，使继电器模组能高度模拟肌肉的收缩功能。

在传统的机械手臂设计中，采用转轴牵动手臂运动的方式缺少灵活性且有机械磨损，采用人工纤维类肌肉的材料工作强度低，采用气动人工肌肉的方法需另加压缩机提供压缩空气驱动肌肉运动，且气动人工肌肉的变形呈非线性，其位移难以准确控制。与上述方法相比，通过串并联多组继电器来替代生物肌肉进行收缩运动的方法，具有灵敏度高、结构简单、稳定可靠、适用范围广的特点。

发明内容

为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于提供一种串并联继电器替代生物肌肉功能的方法和装置，以解决上述背景技术中提出的问题，包括替代肌腹的继电器模组1、替代肌腱的连杆2、替代关节的转轴5和替代皮肤的封装外壳3，其特征在于，所述继电器模组1包括一个或多个继电器11，继电器11之间通过刚性连接件12连接组成继电器模组1，多个继电器模组1间也通过刚性连接件12互相连接，在转动关节处，继电器模组1通过连杆2与转轴5相连，所述封装外壳3覆于继电器模组1、连杆2、转轴5和支杆4的外侧，所述继电器11包括弹簧111、衔铁112、电磁线圈113、滑轨114、支架115、电流互感器116、电源117和开关118，所述继电器11由单个开关118和单个电流互感器116控制。

优选地，所述继电器11之间可通过串联、并联或串并联组合的连接方式形成继电器模组1，串联多个继电器11可增大模拟肌肉收缩位移，并联多个继电器11可增大模拟肌肉拉力，串并联多个继电器11可同时增大模拟肌肉收缩位移和模拟肌肉拉力。

优选地，每一块模拟肌肉的功能由一组继电器模组1完成，多个继电器模组1间也可以进行串联、并联或串并联组合，串联、并联或串并联继电器之间可设置独立开关，串联、并联或串并联继电器的个数与方式由肌肉的收缩长度和拉力确定。

优选地，所述继电器11的磁线圈3两侧均装有弹簧111，弹簧111数量为2个以上，以确保衔铁112在移动过程中与支架115保持平行，不发生偏移，滑轨114滑道长度不超过弹簧111的原长度，以确保弹簧在工作过程中只处于压缩和自然状态，不会因相邻继电器11发生位移而在刚性连接件12的惯性力作用下被拉长。

优选地，所述刚性连接件12将多个继电器模组1连接为一个整体，当仅有部分继电器11工作时，刚性连接件12能依靠惯性力带动未工作的继电器11进行位移移动，使模拟肌肉有整体的收缩效果。

优选地，所述刚性连接件12的长度可进行缩短，当刚性连接件12的长度短于衔铁的位移长度时，相邻继电器11间的距离不足以容纳滑轨的剩余长度，可在相邻继电器11的支架上开设滑轨收容孔119，让滑轨顶端多余的长度延伸到上一个继电器11内部的空余空间内。

优选地，所述转轴5和支杆4相连，支杆4分别置于转轴5两侧，连杆2一端连接于继电器模组1上，另一端连接于转轴另一侧的支杆4上，当继电器模组1工作时，产生的位移和力的变化通过连杆2带动另一侧的支杆4绕转轴5进行转动，从而带动另一侧关节进行运动。

优选地，所述封装外壳3由柔性材料构成，根据内部继电器模组1的位移状态，封装外壳3模拟皮肤进行弹性收缩，封装外壳3内部贴覆有超薄基板、超薄电池和超薄处理器，封装外壳3外设置有束带31，束带31环绕于臂周，用于收纳线路和基板。

优选地，所述转轴5处设置有棘轮机构，所述棘轮机构包括棘爪6和棘轮7，棘轮7以键与转轴5固定连接并随转轴5转动，棘爪6连接于支杆4，调节棘爪连接旋钮61可使棘爪6保持与棘轮7接触或不接触两个状态，棘爪连接旋钮61可以由继电器11控制，或由其他装置与串并联继电器模组1发出的信号协同调节，当继电器模组1在工作状态下发生突然断电或所需提升力大于继电器模组1的电磁吸引力时，通过棘轮机构阻止转轴5的回转。

一种串并联继电器替代生物肌肉功能的方法，使用本发明的串并联继电器替代生物肌肉功能的装置，其中具有如下步骤：

(1)根据设计好的串并联继电器系统特征在芯片中进行可操作编程处理，系统自动根据芯片指令转化的电信号调节开关118闭合状态和电流大小，从而实现机械位移和力量的变化；

(2)模拟肌肉的收缩和放松过程通过芯片发出的控制信号调控，系统自动根据芯片指令转化的电信号调节棘爪连接旋钮61，当继电器模组1工作时，棘爪6与棘轮7保持接触状态；当继电器模组1停止工作时，调节棘爪连接旋钮61使棘爪6与棘轮7间为不接触状态；

(3)完成动作指令后断开继电器模组开关118，使模拟肌肉恢复至放松状态。

本发明的一种串并联继电器替代生物肌肉功能的装置和方法具有以下有益效果：

1、使用继电器模组具有灵敏度高，结构简单、稳定可靠、种类多、维修方便、使用寿命长的特点，且在不同温湿度环境中，继电器均能保持电气绝缘强度。

2、与传统方式相比，继电器模组替代生物肌肉的方法能减少部件之间的磨损，且提供的拉伸力大、收缩位移可控；

3、以人体的运动过程为例，每一块肌肉由一个继电器模组代替，串并联继电器模组可实现人体大部分的肌肉运动功能；

4、可根据实际所需的肌肉收缩长度和提升力大小设计串并联继电器模组个数或调节回路电流大小，具有控制范围大，适用范围广的特点；

5、可实现远程操作和芯片自动化控制电路中开关的通断和电流的大小，来控制继电器模组的收缩位移和产生的拉力变化。

附图说明

图1为手臂肱二头肌收缩示意图；

图2为本发明的装置中利用继电器模组替代肌肉收缩的示意图；

图3为图2中中肌肉收缩状态下的继电器示意图；

图4为本发明的装置中利用继电器模组替代肌肉放松的示意图；

图5为图4中肌肉放松状态下的继电器示意图；

图6a为本发明的装置中继电器电路断开示意图；

图6b为本发明的装置中继电器电路闭合示意图；

图7为本发明的装置中设置有滑轨收容孔的继电器模组断电示意图；

图8为本发明的装置中设置有滑轨收容孔的继电器模组通电示意图；

图9a为本发明的装置中串联继电器模组示意图；

图9b为本发明的装置中串联继电器模组电路图；

图10a为本发明的装置中并联继电器模组示意图；

图10b为本发明的装置中并联继电器模组电路图；

图11a为本发明的装置中串并联组合继电器模组示意图；

图11b为本发明的装置中串并联组合继电器模组电路图；

图12为本发明的装置中继电器模组带动连杆绕轴转动示意图；

图13为本发明的装置中束带示意图；

图14为本发明的装置中封装外壳示意图；

图15a为本发明的装置中断电保护棘轮装置的棘爪棘轮接触示意图；

图15b为本发明的装置中断电保护棘轮装置的棘爪棘轮未接触示意图。

图中附图标记为：

1-继电器模组，2-连杆，3-封装外壳，4-支杆，5-转轴，6-棘爪，7-棘轮，11-继电器，12-刚性连接件，31-束带，111-弹簧，112-衔铁，113-电磁线圈，114-滑轨，115-支架，116-电流互感器，117-电源，118-开关，119-滑轨收容孔，61-棘爪连接旋钮。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

本发明的一项宽泛实施例中，一种利用串并联继电器替代生物肌肉功能的装置，如图1、图2、图3、图4和图5所示，主要包括替代肌腹的继电器模组1、替代肌腱的连杆2、替代关节的转轴5和替代皮肤的封装外壳3，所述继电器模组1包括一个或多个继电器11，继电器11之间通过刚性连接件12连接组成继电器模组1，多个继电器模组1间也通过刚性连接件12互相连接，在转动关节处，继电器模组1通过连杆2与转轴5相连，所述封装外壳3覆于继电器模组1、连杆2、转轴5和支杆4的外侧。

如图6a和6b所示，所述继电器11包括弹簧111、衔铁112、电磁线圈113、滑轨114、支架115、电流互感器116、电源117和开关118，所述继电器11由单个开关118和单个电流互感器116控制。

如图1、图3和图5所示，以手臂仿真为例，手臂的运动状态可由芯片控制，根据芯片指令转化的控制信号可调控所有开关的闭合状态以及继电器11回路的电流大小。如图3和图6a所示，当要求手臂模拟肌肉进行收缩时，芯片发出控制信号到开关118，开关118闭合，继电器模组1处于通电状态，继电器11的电磁线圈113和衔铁112之间将相互吸引贴合，手臂发生收缩。如图5和图6b所示，当关闭或减小电路中的电流时，在弹簧111的作用下，继电器11的电磁线圈113和衔铁112发生分离，手臂模拟肌肉恢复放松状态，相当于不收缩。手臂的收缩长度通过继电器模组1的串并联组合形式及其数量决定，手臂的提升力由串并联的多个继电器模组1产生的总拉力决定，针对不同的工作条件可设计继电器模组1的串并联形式，通过这样的多个串并联继电器模组1，不仅能达到模拟肌肉收缩和放松的目的，还能精准控制模拟肌肉收缩长度和产生的拉力大小，从而能高效模拟手臂的运动功能。

如图6a和6b所示，继电器11电路系统由弹簧111、衔铁112、电磁线圈113、滑轨114、支架115、电流互感器116、电源117和开关118组成。如图6b所示，闭合开关118并调节电流互感器116，向电磁线圈113中通入电流，电磁线圈113中会产生磁力，吸引衔铁112向电磁线圈113靠近，同时带动弹簧111移动使其产生压缩位移，达到模拟肌肉收缩目的。如图6a所示，当断开开关后，衔铁112所受磁力消失，在弹簧111弹力作用下，衔铁112回到原始位置，达到模拟肌肉放松目的。电磁线圈113两侧均装有弹簧111，弹簧数量不少于2个，以确保衔铁112在移动过程中与支架115保持平行，不发生偏移。滑轨114滑道长度不超过弹簧111的原长度，以确保弹簧111在工作过程中只处于压缩和自然状态，不会因相邻继电器11发生位移而在惯性力作用下被拉长，能有效避免弹簧111产生非弹性形变。继电器11种类不限，要求继电器11能在电磁作用下吸引衔铁112运动产生位移，电源互感器116种类不限，要求能对电路起到保护作用。支架115为刚性材料，种类不限，可以是金属，也可以是刚性塑料或聚合物材料等不易发生形变的材料。

如图7和图8所示，图7中的继电器模组1为断电状态，图8中的继电器模组1为通电状态，其中继电器模组1是由单个开关118和单个电流互感器116控制的一个或多个继电器11，继电器11之间通过刚性连接件12连接，刚性连接件12也可连接多个继电器模组1，刚性连接件12的作用在于：仅有部分继电器11工作时，刚性连接件12能依靠惯性力带动未工作的继电器11进行位移移动，使模拟肌肉有整体的收缩效果。刚性连接件12可以是金属材料，也可以是刚性塑料或聚合物材料等不易发生形变的材料。

所述刚性连接件12的长度可根据要求进行缩短，当刚性连接件12的长度短于衔铁的位移长度时，相邻继电器11间的距离不足以容纳滑轨的剩余长度，可在相邻继电器11的支架上开设滑轨收容孔119，让滑轨顶端多余的长度延伸到上一个继电器11内部的空余空间内。当刚性连接件12的长度不短于衔铁的位移长度时，滑轨顶端正好可以被收纳于刚性连接件12的空隙内，无需在继电器11支架上开设滑轨收容孔119。

图9a和图9b分别为串联继电器模组的示意图和电路图，图中J代表单个继电器，其中继电器11之间可通过纵向串联连接方式形成继电器模组1，串联多个继电器11可实现增大模拟肌肉收缩位移的目的。可根据实际需求在回路中设置独立开关，附图中电流流通形式为并联，但回流电流流通方式不仅限于并联，也可为串联。

图10a和图10b分别为并联继电器模组的示意图和电路图,其中，继电器11之间可通过横向并联连接方式形成继电器模组1，并联多个继电器11可实现增大模拟肌肉拉力的目的。可根据实际需求在回路中设置独立开关，附图中电流流通形式为串联，但回流电流流通方式不仅限于串联，也可为并联。

图11a和图11b分别为串并联组合继电器模组的示意图和电路图，其中，继电器11之间可通过横纵向串并联组合的连接方式形成继电器模组1，串并联多个继电器11可同时实现增大模拟肌肉收缩位移和模拟肌肉拉力的目的。多个继电器模组1间也可根据需求进行串联、并联和串并联组合，并可按实际要求设置独立开关。串联、并联和串并联继电器11的个数与设计方式根据实际需要确定，即根据所需的模拟肌肉收缩长度和拉力确定。

如图12所示，以手臂的模拟运动为例，支杆4分别置于大臂和小臂处起支撑作用，支杆4和转轴5相连。在转动关节处，连杆2一端连接在相同臂的继电器模组1上，另一端连接在不同臂的支杆4上，当相同臂上的继电器模组1工作时，产生的位移和力变化会通过连杆2带动支杆4绕转轴5进行转动，从而能带动另一臂进行协调运动。其中，支杆4为刚性材料，可以是金属、刚性塑料和聚合物等材料。连杆的材料可以是刚性材料，也可以是弹性模量较大的弹性材料等。

如图13和图14所示，以手臂为例，封装外壳3覆于“手臂”外侧。3由柔性材料构成，根据“手臂”内部继电器模组的位移状态，封装外壳3可模拟皮肤进行弹性收缩。封装外壳3内部可贴覆超薄基板、超薄电池、超薄处理器等部件，能起到保护内部装置作用。封装外壳3外可增加束带31，束带31环绕于臂周，可用于收纳线路和基板等原件。封装外壳材料3可以是有机聚合物材料，也可以是无机材料或金属等具有伸缩延展性的材料。束带31可以是纺织类材料，也可以是聚合物等具有弹性和延展性的材料。

图15a、图15b分别为断电保护棘轮装置的棘爪棘轮的接触和未接触示意图，为避免因继电器模组1在工作状态下发生突然断电导致的机械模拟肌肉收缩状态产生突变，在关节的转轴5处增加了棘轮机构。棘轮机构由棘爪6和棘轮7组成，棘轮7用键与转轴5固定连接并随转轴5转动，棘爪6连接于支杆4，调节棘爪连接旋钮61可使棘爪6保持两个固定状态，分别为与棘轮7接触和不接触两个状态，棘爪连接旋钮61可以由继电器11控制，也可由其他装置与串并联继电器模组1发出的信号协同调节，当继电器模组1处于工作状态时，棘爪6和棘轮7处于接触状态，棘轮7转动时可带动棘爪6在其齿背上滑行。当继电器模组1在工作状态下发生突然断电或所需提升力大于继电器模组1的电磁吸引力时，棘爪6的爪尖可以卡住棘轮7的齿尖避免其回转，从而能保证机械模拟肌肉不会突然放松。当需要棘轮7反向旋转使机械模拟肌肉放松时，可调节棘爪连接旋钮61使棘爪6与棘轮7处于不接触状态，然后转动转轴5带棘轮7转回原始位置，最后再调节棘爪连接旋钮61使棘爪6再次接触到棘轮7，从而能保持棘轮7的单向运动。其中，棘轮7轮齿数和棘爪6个数不限，安装位置和形式不限，可置于各机械关节处，也可置于关节之间。

模拟肌肉应该根据所需运动方式设计转轴、连杆和刚性连接件的数量和继电器模组的串并联布置形式以及继电器模组间的线路分布；(1)应用于所需模拟肌肉产生的收缩位移大而收缩拉力小的场合时，可以采用单列串联的继电器模组。所需伸缩长度大时，使所有串联继电器模组同时开始工作，产生最大位移。若所需伸缩位移小于继电器模组最大伸缩长度时，仅闭合部分串联继电器件的单独开关，达到产生模拟肌肉所需位移量。(2)应用于所需模拟肌肉产生的收缩位移小而收缩拉力大的场合时，可以采用单排并联的继电器模组。并联继电器工作产生相应大小的电磁吸力，达到增加模拟肌肉拉力的效果。(3)当要求模拟肌肉产生的收缩位移和收缩拉力均较大时，可以采用串并联组合的继电器模组。根据所需的收缩位移和收缩拉力大小调节芯片指令来控制串并联组合继电器件的单独开关闭合状态，来达到位移和拉力相应增加的效果。由芯片指令转化的电信号会改变继电器模组间单独开关的闭合方式，当所需的模拟肌肉收缩拉力大一些时，调节芯片指令增加串并联组合形式中的并联开关闭合程度，来增加相应的收缩拉力。当所需的模拟肌肉收缩位移大一些时，调节芯片指令增加串并联组合形式中的串联开关闭合程度，来增加相应的收缩位移；

为了使本设计方法更为清晰，在此阐述继电器模组实现模拟肌肉收缩和放松状态的操作过程：

1、根据设计好的串并联继电器系统特征在芯片中进行可操作编程处理，系统会自动根据芯片指令转化的电信号调节开关闭合状态和电流大小，从而达到机械位移和力量的变化。

2、模拟肌肉的收缩和放松过程通过芯片发出的控制信号调控，系统会自动根据芯片指令转化的电信号调节棘爪连接旋钮，当继电器模组工作时，棘爪与棘轮保持接触状态。当继电器模组停止工作时，调节棘爪连接旋钮使棘爪与棘轮间为不接触状态；

3、完成动作指令后断开继电器模组开关，使模拟肌肉恢复至放松状态。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种串并联继电器替代生物肌肉功能的装置，包括替代肌肉的继电器模组(1)、替代肌腱的连杆(2)、替代关节的转轴(5)和替代皮肤的封装外壳(3)，其特征在于，所述继电器模组(1)包括一个或多个继电器(11)，继电器(11)之间通过刚性连接件(12)连接组成继电器模组(1)，多个继电器模组(1)间也通过刚性连接件(12)互相连接，在转动关节处，继电器模组(1)通过连杆(2)与转轴(5)相连，所述封装外壳(3)覆于继电器模组(1)、连杆(2)、转轴(5)和支杆(4)的外侧，所述继电器(11)包括弹簧(111)、衔铁(112)、电磁线圈(113)、滑轨(114)、支架(115)、电流互感器(116)、电源(117)和开关(118)，所述继电器(11)由单个开关(118)和单个电流互感器(116)控制；

闭合开关(118)并调节电流互感器(116)，向电磁线圈(113)中通入电流，电磁线圈(113)中会产生磁力，吸引衔铁(112)向电磁线圈(113)靠近，同时带动弹簧(111)移动使其产生压缩位移，从而模拟肌肉收缩；当断开开关(118)后，衔铁(112)所受磁力消失，在弹簧(111)弹力作用下，衔铁112回到原始位置，达到模拟肌肉放松目的；

所述电磁线圈(113)两侧均装有弹簧(111)，弹簧数量不少于2个，以确保衔铁(112)在移动过程中与支架115保持平行，不发生偏移；滑轨(114)滑道长度不超过弹簧(111)的原长度，以确保弹簧(111)在工作过程中只处于压缩和自然状态，不会因相邻继电器(11)发生位移而在惯性力作用下被拉长，能有效避免弹簧(111)产生非弹性形变；

所述刚性连接件(12)的长度可进行缩短，当刚性连接件(12)的长度短于衔铁的位移长度时，相邻继电器(11)间的距离不足以容纳滑轨的剩余长度，可在相邻继电器(11)的支架上开设滑轨收容孔(119)，让滑轨顶端多余的长度延伸到上一个继电器(11)内部的空余空间内。

2.根据权利要求1所述的串并联继电器替代生物肌肉功能的装置，其特征在于，所述继电器(11)之间通过串联、并联或串并联组合的连接方式形成继电器模组(1)，串联多个继电器(11)可增大模拟肌肉收缩位移，并联多个继电器(11)可增大模拟肌肉拉力，串并联多个继电器(11)可同时增大模拟肌肉收缩位移和模拟肌肉拉力。

3.根据权利要求2所述的串并联继电器替代生物肌肉功能的装置，每一块模拟肌肉的功能由一组继电器模组(1)完成，多个继电器模组(1)间也可以进行串联、并联或串并联组合，串联、并联或串并联继电器之间可设置独立开关，串联、并联或串并联继电器的个数与方式由肌肉的收缩长度和拉力确定。

4.根据权利要求1所述的串并联继电器替代生物肌肉功能的装置，其特征在于，所述刚性连接件(12)将多个继电器模组(1)连接为一个整体，当仅有部分继电器(11)工作时，刚性连接件(12)能依靠惯性力带动未工作的继电器(11)进行位移移动，使模拟肌肉有整体的收缩效果。

5.根据权利要求1所述的串并联继电器替代生物肌肉功能的装置，其特征在于，所述转轴(5)和支杆(4)相连，支杆(4)分别置于转轴(5)两侧，连杆(2)一端连接于继电器模组(1)上，另一端连接于转轴另一侧的支杆(4)上，当继电器模组(1)工作时，产生的位移和力的变化通过连杆(2)带动另一侧的支杆(4)绕转轴(5)进行转动，从而带动另一侧关节进行运动。

6.根据权利要求1所述的串并联继电器替代生物肌肉功能的装置，其特征在于，所述封装外壳(3)由柔性材料构成，根据内部继电器模组(1)的位移状态，封装外壳(3)模拟皮肤进行弹性收缩，封装外壳(3)内部贴覆有超薄基板、超薄电池和超薄处理器，封装外壳(3)外设置有束带(31)，束带(31)环绕于臂周，用于收纳线路和基板。

7.根据权利要求1所述的串并联继电器替代生物肌肉功能的装置，其特征在于，所述转轴(5)处设置有棘轮机构，所述棘轮机构包括棘爪(6)和棘轮(7)，棘轮(7)以键与转轴(5)固定连接并随转轴(5)转动，棘爪(6)连接于支杆(4)，调节棘爪连接旋钮(61)可使棘爪(6)保持与棘轮(7)接触或不接触两个状态，棘爪连接旋钮(61)可以由继电器(11)控制，或由其他装置与串并联继电器模组(1)发出的信号协同调节，当继电器模组(1)在工作状态下发生突然断电或所需提升力大于继电器模组(1)的电磁吸引力时，通过棘轮机构阻止转轴(5)的回转。

8.一种串并联继电器替代生物肌肉功能的方法，使用权利要求1-7任一项中的装置，其特征在于，具有如下步骤：

(1)根据设计好的串并联继电器系统特征在芯片中进行可操作编程处理，系统自动根据芯片指令转化的电信号调节开关(118)闭合状态和电流大小，从而实现机械位移和力量的变化；

(2)模拟肌肉的收缩和放松过程通过芯片发出的控制信号调控，系统自动根据芯片指令转化的电信号调节棘爪连接旋钮(61)，当继电器模组(1)工作时，棘爪(6)与棘轮(7)保持接触状态；当继电器模组(1)停止工作时，调节棘爪连接旋钮(61)使棘爪(6)与棘轮(7)间为不接触状态；

(3)完成动作指令后断开继电器模组开关(118)，使模拟肌肉恢复至放松状态。

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