随着工业4.0的发展和机器换人举措的推进,对机器人及其核心零部件提出更高的要求。主动可变刚度柔性关节成为提高机器人性能的关键零部件之一,同时对主动可变刚度柔性关节的研究是机器人研究领域的热点之一。本文主要围绕主动可变刚度柔性关节和人体下肢行走步态特点展开研究,本文主要的研究工作如下:1、根据人体下肢步态周期的行走特点以及人体下肢的结构特点,确定了人体下肢的结构尺寸;建立其运动学和动力学模型;依据其数学模型,分别求解出人体下肢各关节角度和关节力矩。2、使用解析法设计了主动可变刚度柔性关节的驱动机构;依据平面五杆机构的格拉斯霍夫准则分析研究了其可动性;依据机构奇异性理论分析了其奇异性。3、使用解析法建立了驱动系统的运动学模型,运用几何解析法分析了仿生髋部系统的运动学模型;依据牛顿定律和d’Alembert原理,建立了仿生髋部系统的动力学方程;建立了驱动系统的动力学模型和关节的等效刚度模型。4、使用ProE软件对人体下肢和驱动系统进行三维建模;在MATLAB/SimMechanics进行运动仿真,通过仿真测量,分别获得人体下肢髋关节的关节力矩和驱动机构的约束力;最后利用ProE建立主动可变刚度柔性关节虚拟样机,并在ADAMS中进行运动仿真,通过仿真得到主动可变刚度柔性关节的关节角度;验证了主动可变刚度柔性关节研究设计的正确性,为物理样机的制造提供理论和指导。本文结合了杆件机构和柔索的特性,设计适用于人体下肢的仿生柔性关节,该研究为人体下肢的柔性驱动提供一种新思路。