机器人的柔性结构可以实现刚度的变化,而良好的刚度调节能力与抗外扰能力使机器人在人机交互中具有更好的安全性与工作稳定性。为了进一步探索机器人的柔顺性研究并提高工作能力,本文基于永磁弹簧,滑轮组和类行星轮系结构,提出了一种新型线绳驱动的变刚度机器人肘关节。首先,对整体肘关节结构进行设计,将人体肘关节的性能参数作为设计目标,阐述了肘关节中应用的基础原理;并采用双线绳驱动系统对称布置,使肘关节运动中具有拮抗性;肘关节依靠磁弹簧变刚度模块产生刚度的变化,通过动滑轮组结构进行增大。设计了各零部件的结构与整体关节三维模型,并应用有限元仿真软件对肘关节中的核心零件进行校核分析,布置了各检测元件的位置。在结构设计的同时,对肘关节理论模型进行了推导。基于关节结构建立了机器人坐标系,并分别给出了由于关节位置变化和刚度变化与引起的线绳长度变化之间的关系式。根据线绳长度变化与位置运动之间的关系推导了机器人Jacobi矩阵并建立了机器人刚度模型。在对关节静力学等式的推导后,建立了肘关节的动力学模型。为了实现关节位置和刚度的独立控制,根据推导的刚度模型和动力学模型,设计了肘关节刚度位置解耦控制器。其次,根据设计的结构与推导的关节模型,对关节的刚度变化情况与运动情况进行了仿真测试。其中应用Ansoft Maxwell软件,对变刚度模块中永磁环之间产生的斥力进行了仿真。通过仿真计算得到了变刚度模块中线绳拉力与线绳长度变化之间的关系,并根据仿真数据应用Matlab软件进行了曲线拟合。通过对肘关节双输入刚度模型仿真计算,总结了线绳长度变化与关节转动位置对肘关节刚度变化的影响规律。应用Matlab/Simulink模块对解耦控制器进行框图的搭建,设计了肘关节独立控制实验方案,验证了关节刚度位置解耦控制的可行性。最后,根据设计的结构加工了实验样机并搭建了实验平台,分别进行了刚度解耦控制实验,位置阶跃实验和正弦轨迹控制实验。基于采集关节在不同刚度条件下的运动数据,分析总结了关节刚度对运动的影响规律和运动误差来源,并验证了肘关节控制的准确性与运动的稳定性。