随着机器人技术迅速发展,关节型机器人不再局限于结构化环境中使用。然而,复杂的工作环境使得机器人对环境适应性和交互安全性有了更高的要求。关节作为关节型机器人的核心部件,决定了机器人整体性能。传统的刚性关节难以应对复杂工作环境中的突发情况与扰动冲击。因此,研制具有柔顺特性且刚度可随运动状态实时调节的变刚度关节具有实际意义。针对上述需求,设计了一款一体化变刚度关节,提出了位置/刚度联合控制策略,并开展了以下研究工作。进行了变刚度关节刚度调节机构方案设计。基于现有机械式刚度调节原理分析,以凸轮机构刚度调节原理为依据,设计了一款一体化变刚度关节。并依照模块化、尺寸小、大力矩的设计原则,对变刚度关节驱动方案和关节整体进行详细设计。开展了基于凸轮机构的刚度调节机构受力分析,并建立关节输出力矩、刚度数学模型。基于关节刚度调节原理与刚度模型,对关节刚度关键影响参数进行提取分析。考虑实际应用下关节刚度特性,合理设计关节刚度影响参数。参数确定后通过仿真验证刚度模型,总结出关节主、被动变刚度特性。基于变刚度关节复杂的工作环境,以及关节刚度随运动状态实时调整的特点,开展了关节位置与刚度控制跟随策略研究。依据实际关节工作状态设置关节,分别对关节位置控制、关节刚度控制系统进行设计仿真。基于不同关节运行速度下刚度需求,提出了一种位置刚度联合控制策略,旨在保证关节与环境交互安全性。根据最终确定方案搭建了变刚度关节实验平台。设计关节刚度测试,验证了关节刚度模型正确性。开展了关节位置跟随实验,测试了不同刚度条件下关节位置控制精度。最后,进行关节运动刚度联合测试实验,并进行了样机测试与理论计算之间误差分析,验证了关节运动过程中刚度调节系统的有效性。