绳驱动机器人具有自重轻、转动惯量小、安全性好等优点,在服务机器人领域受到了广泛重视。然而,传统绳驱动机器人的刚度是无法调整和控制的,制约了其安全性的进一步提高。为了显著提高绳驱动机器人运动的柔顺性和操作安全性,本文针对一种模块化绳驱动变刚度机器人臂的核心部件-变刚度绳驱动关节模块进行较为系统和深入的研究,主要的研究内容如下:(1)变刚度装置设计:变刚度装置是绳驱动关节模块实现大范围刚度调整的关键,本文基于柔性并联机构的设计理论与方法,对变刚度柔性并联机构的构型和结构进行综合分析和优化设计,得到了3种结构简单紧凑、刚度变化范围大、刚度线性度高的变刚度装置;(2)单自由度绳驱动变刚度关节模块设计:基于变刚度装置的刚度模型,本文提出了单自由度绳驱动关节模块的刚度分析方法,并对关节模块进行了优化设计,得到两种具有变刚度特性,刚度变化范围大的单自由度绳驱动关节模块;(3)两自由度绳驱动变刚度关节模块设计:基于变刚度装置的刚度模型,本文提出了两自由度绳驱动关节模块的刚度分析方法,并对含4个变刚度装置的关节模块进行了优化设计,得到具有变刚度特性,刚度变化范围大的两自由度绳驱动关节模块;(4)性能测试平台搭建:基于变刚度绳驱动关节模块的测试要求,本文设计并搭建了绳驱动关节模块性能测试平台,可以方便对绳驱动关节模块进行运动控制以及刚度性能测试。本文提出的变刚度绳驱动关节模块可以利用绳驱动机构冗余驱动的特性,通过优化绳索的张力分配,实现变刚度控制,进而实现类似于人体手臂的本质安全的柔顺运动。