机器人技术经过近百年的兴起和发展,已经达到了很高的应用水平,工业机器人在现代化的工厂内已随处可见。传统的工业机器人需要拥有刚性的关节来完成其高的运动精度和大的承载能力。然而,由于刚性的限制,工业机器人不能应用在复杂的环境中。而现在机器人技术不再局限于在工业中使用,在医疗、服务和娱乐等方面都得到了一定的应用。因此,有必要使现代机器人能够根据新的应用要求来改变其关节刚度,而变刚度柔性关节的设计能够克服传统机器人刚度单一的不足。本文通过改变弹簧片的有效工作长度的方法设计了一种新的符合人体手臂形态的变刚度肘关节。该变刚度关节可以直接安装在机器人的肩关节上,同时把成型的机械手连接到小臂输出端,从而就可以组成一条符合人臂形态的完整机械臂。论文的主要研究内容具体如下:(1)查阅相关文献和资料,研究国内外变刚度关节的发展现状,并对各种已有的变刚度仿生关节进行结构性能对比分析;(2)研究仿人变刚度肘关节中变刚度部分的变刚度原理以及其结构性能分析。分析各关节变刚度原理的优缺点,选用其中一种变刚度原理进行变刚度关节设计,并对其进行运动特性分析;(3)对仿人变刚度肘关节进行整体结构的设计与分析。主要包括:传动方法与传动结构设计,底座固定结构设计,整体结构布局分析以及建立整体结构的三维模型和整体结构优化等;(4)利用分析软件Adams和ANSYS对仿人变刚度肘关节进行建模及仿真分析,建立变刚度关节的系统动力学模型,验证变刚度单元的运动学及动力学特性;(5)搭建变刚度关节样机,并对其进行试验,从而得到关节的实体参数,并通过对关节实体样机进行试验,得到关节整体实验结果进行分析。