本发明属于助力机器人领域，涉及一种机器人关节机构，具体涉及一种具有保持功能的外骨骼机器人关节机构。
背景技术：
1、穿戴式外骨骼机器人可为人体关节提供助力，从而增强人体运动能力，在生产制造、物流运输等领域有着广泛的应用价值，可增加人员作业效率、降低疲劳度。目前，有源型外骨骼机器人的关节机构大都采用电机直接驱动形式，在不同的关节负载情况下，通过连续实时调整输出功率，对人体关节进行助力来辅助人体运动。
2、在实际应用中，会出现外骨骼机器人运动到某一姿态后，需保持该姿态一段时间再进行下一动作的情况，例如辅助人员搬运货物，外骨骼机器人的上肢关节需保持搬运状态，在行走一段距离到达指定地点后才能进行卸货动作，再例如在辅助人员焊接作业时，外骨骼机器人需保持焊接姿势一定时间，待该处焊接好后才能变换动作进行下一处焊接。
3、在上述的应用场景中，外骨骼机器人的关节处需要保持静止不动，而现有的电机直接驱动形式的关节机构通常无锁定功能，因此为了维持负载保持静止，电机需连续输出一定力矩来保持平衡，但由于没有机械运动，这种情况下电能全部转换为热能，会使电机产生大量的热，降低电机的使用寿命，也不利于节约能源，降低了系统续航能力。
4、例如，上海傲鲨智能科技有限公司的一种助力型上肢外骨骼(cn 112847313a)和迈宝智能科技(苏州)有限公司的一种主动式腰部助力外骨骼(cn 112621722 a)，其关节驱动电机均采用直接驱动形式，无姿态保持功能，在人体需要保持某一特定姿势的应用场景中，电机始终需匹配负载输出一定平衡扭矩，但无相对转动，会导致电机发热严重，降低电机寿命，且浪费电能，降低了系统续航能力。
技术实现思路
1、针对背景技术中所述的现有外骨骼机器人关节机构的不足，本发明提供了一种具有保持功能的外骨骼机器人关节机构，其结构紧凑，具有姿态保持功能，并且运转稳定。
2、公开的一种具有保持功能的外骨骼机器人关节机构，其包括连接杆、驱动电机、支座、棘齿、棘爪、拉簧和电磁铁；
3、所述连接杆的一端固定连接于驱动电机的输出端，连接杆与驱动电机的输出端垂直设置，在驱动电机的驱动下，连接杆能够以驱动电机的输出端为轴心摆动，连接杆的另一端侧面固定连接有支座；
4、所述驱动电机的机壳侧面上排列固定有多个棘齿，该多个棘齿可固定连接于弧形壳板，通过该弧形壳板将多个棘齿安装于驱动电机的机壳侧面，所述棘齿旁设置有棘爪，所述棘爪的尾部铰接于支座，棘爪的中部还固定连接有凸块，所述凸块侧面通过拉簧连接于支座，具体可在支座上和凸块侧面上分别安装拉簧螺钉，所述拉簧两端分别固定连接于相应的拉簧螺钉，在所述拉簧的拉力下，棘爪的爪部能够卡于对应的两相邻棘齿之间，使连接杆得到限位、无法进行向下摆动，从而阻止驱动电机输出端因负载而向下的旋转运动，从而实现向下锁定保持功能；
5、所述棘爪的凸块旁设置有电磁铁，所述电磁铁固定连接于支座，所述拉簧的拉力小于通电电磁铁的吸合力，所述凸块能够被通电的电磁铁吸引，使拉簧能够被进一步拉伸、棘爪的爪部能够远离棘齿，整个关节机构可恢复自由运动和助力状态。
6、优选地、所述驱动电机为能够正反转的内转子关节驱动伺服电机。
7、优选地、所述支座上安装有转轴，所述棘爪的尾部开设有安装孔，棘爪通过尾部的安装孔安装于转轴上，使棘爪尾部能够以转轴为轴心运动，如此来实现棘爪的尾部铰接于支座。
8、进一步地、所述驱动电机的机壳在靠近连接杆的一面上固定有限位块，所述限位块位于末端棘齿旁，该限位块具体也可固定连接于弧形壳板，通过弧形壳板将限位块固定安装于驱动电机的机壳，该限位块能够限制连接杆的摆动角度，即用于限定关节机构的旋转角度，防止机器人关节机构运转角度超出人体关节所能承受的范围而引起的人体关节损伤。
9、进一步地、该具有保持功能的外骨骼机器人关节机构还包括基座、圆形罩壳和连接罩壳，所述基座固定安装于驱动电机的机壳上，所述圆形罩壳与连接杆分设于驱动电机的两侧，圆形罩壳转动连接于基座，圆形罩壳还通过连接罩壳与连接杆的支座相固定连接，即圆形罩壳和连接罩壳一体连接，连接罩壳固定安装在支座上，在驱动电机的驱动下，使得圆形罩壳在基座上能够和驱动电机输出端同时、同轴心旋转，如此在该圆形罩壳的配合“夹持”下，能够使连接杆的运动更加平稳、不会发生晃动；另外，圆形罩壳和连接罩壳内设置有线缆，使线缆能够隐藏于该关节机构的内部，起到更好的保护和美观的作用，并且相较于传统固定不动的罩壳，线缆能够随着连接杆、连接罩壳、圆形罩壳同步运动，使内部线缆在关节运动时由于弯曲应力能自动分布并通过关节旋转中心，能够很好地避免了线缆因关节运动而被过度折弯拉伸的问题。
10、优选地、所述基座在圆形罩壳相应位置处一体连接有圆环体，所述圆形罩壳上圆周排列一体连接有多个弧形滑动条，所述弧形滑动条的外侧弧形面与圆环体的内侧面滑动接触，如此来实现圆形罩壳转动连接于基座，使得圆形罩壳能够沿着自身轴心旋转。
11、进一步地、该具有保持功能的外骨骼机器人关节机构还包括导向件，所述圆形罩壳的侧面开设有环形导向槽，所述导向件上一体连接有与环形导向槽相配合的导向块，导向件的导向块置于圆形罩壳的环形导向槽内，所述基座的侧面一体连接有安装座，外骨骼机器人的一个运转部件同时固定连接于安装座和导向件，外骨骼机器人的另一个运转部件固定安装于连接杆，当两运转部件相对运动时，导向件的导向块只能够在圆形罩壳的环形导向槽内移动，如此通过导向件来对圆形罩壳的运动进行限制，能够避免圆形罩壳在旋转时发生偏移，从而进一步提高连接杆运动的稳定性，使外骨骼机器人两个运转部件的相对运动更加平稳。
12、通过以上技术方案，本发明至少包括以下有益效果：
13、本申请所述的具有保持功能的外骨骼机器人关节机构，其结构紧凑，在驱动电机上集成连接杆、驱动电机、支座、棘齿、棘爪、拉簧和电磁铁等部件，使其能够通过控制电磁铁的得电和失电来控制棘爪的开合，来实现机械锁定功能和解锁恢复运动和助力功能，使得该外骨骼机器人关节机构具有姿态保持功能；该姿态保持功能通过机械锁定来阻止关节向下运动，可使人体长时间保持固定的姿势，对于搬运场景以及一系列姿势保持的作业场景来说，通过在重力方向的机械锁定，驱动电机无需持续输出力矩来保持姿态，降低了控制难度，使用小功率驱动电机即可增加关节在重力方向的负载和抗冲击能力，尤其能避免在无机械锁定状态下驱动电机由于长时间输出保持力矩且无相对转动而带来的严重发热现象，这不仅增加了电机和电池的使用寿命，还能够节约电能，增加系统续航能力。
14、进一步方案中，通过基座、圆形罩壳、连接罩壳和导向件等零部件的配合设计，能够使连接杆的运动更加平稳、不会发生晃动，使该具有保持功能的外骨骼机器人关节机构运转稳定。
1.一种具有保持功能的外骨骼机器人关节机构，其特征在于：包括连接杆(1)、驱动电机(2)、支座(3)、棘齿(4)、棘爪(5)、拉簧(6)和电磁铁(7)；
2.根据权利要求1所述的一种具有保持功能的外骨骼机器人关节机构，其特征在于：所述驱动电机(2)为能够正反转的内转子关节驱动伺服电机。
3.根据权利要求1所述的一种具有保持功能的外骨骼机器人关节机构，其特征在于：所述支座(3)上安装有转轴(8)，所述棘爪(5)的尾部开设有安装孔，棘爪(5)通过尾部的安装孔安装于转轴(8)上。
4.根据权利要求1所述的一种具有保持功能的外骨骼机器人关节机构，其特征在于：所述驱动电机(2)的机壳在靠近连接杆(1)的一面上固定有限位块(9)，所述限位块(9)位于末端棘齿(4)旁。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种具有保持功能的外骨骼机器人关节机构，其特征在于：还包括基座(10)、圆形罩壳(11)和连接罩壳(12)，所述基座(10)固定安装于驱动电机(2)的机壳上，所述圆形罩壳(11)与连接杆(1)分设于驱动电机(2)的两侧，圆形罩壳(11)转动连接于基座(10)，圆形罩壳(11)还通过连接罩壳(12)与连接杆(1)的支座(3)相固定连接，使得圆形罩壳(11)在基座(10)上能够和驱动电机(2)输出端同轴心旋转。
6.根据权利要求5所述的一种具有保持功能的外骨骼机器人关节机构，其特征在于：所述基座(10)在圆形罩壳(11)相应位置处一体连接有圆环体(1001)，所述圆形罩壳(11)上圆周排列一体连接有多个弧形滑动条(1102)，所述弧形滑动条(1102)的外侧弧形面与圆环体(1001)的内侧面滑动接触。
7.根据权利要求5所述的一种具有保持功能的外骨骼机器人关节机构，其特征在于：还包括导向件(13)，所述圆形罩壳(11)的侧面开设有环形导向槽(1101)，所述导向件(13)上一体连接有与环形导向槽(1101)相配合的导向块(1301)，导向件(13)的导向块(1301)置于圆形罩壳(11)的环形导向槽(1101)内，所述基座(10)的侧面一体连接有安装座(1002)，外骨骼机器人的一个运转部件同时固定连接于安装座(1002)和导向件(13)。
