随着工业革命的开始,解放劳动力的机器人开始蓬勃发展,在进入21世纪之后,人们的生活水平有了极大的提高,人们更多开始关注娱乐、服务、医疗以及探索未知世界的需求,由此,新型的服务机器人、清洁机器人、娱乐机器人、医疗手术机器人以及康复机器人在内的面向人机交互（Human Robot Interaction,HRI）领域的机器人应需而生。这些机器人对于交互性、安全性的要求相比于传统工业机器人大大提高,而这些机器人的早期研究主要集中在美国、欧洲、日本等发达地区,而我国在面向人机交互领域的机器人的投入则与之相比相差较大,我们的研究道路且阻且长。面向我们国家“中国制造2025”以及实现中华民族伟大复兴梦的发展需求,面向各领域的人机交互机器人必将具有越来越大的使用价值,因此研究开发具有自主知识产权以及核心竞争力的柔顺交互机器人具有及其必要和深远的意义。与传统工业机器人相比,柔顺交互性以及安全性对于新型机器人的设计开发具有十分重要的作用。要求机器人在作业过程中,具有良好的力感知性能,做到与外界环境进行信息交互,同时也要保证人的安全。为了实现这一目标,具有柔顺功能的关节柔顺驱动器的研究和设计就变得越来越重要。本文对比了国内外柔顺驱动器的设计方法以及性能的优缺点,从自然界普适交互规律“小负载,低刚度;大负载,高刚度”的负载选择刚度机制出发,设计负载刚度选择的非线性刚度驱动器（Load-Dependent Nonlinear Stiffness Actuator,LDNSA）,并将次非线性刚度驱动器应用在3自由度柔顺机器人上。针对所设计的非线性刚度驱动器结构,进行驱动器末端阶跃、正弦位置响应实验以及末端固定情况下的阶跃、正弦力矩响应实验,分析非线性刚度驱动器的控制性能。对于应用非线性刚度驱动器的柔顺机器人末端轨迹跟踪控制上的优化主要分为两部分。其一,针对机器人系统过于依赖传感器数据采集,以及传感器数据采集精度易受外界影响从而影响末端输出精度的问题,本文利用基于扩展卡尔曼滤波（Extended Kaiman Filter,EKF）状态观测器的PD控制器进行解决。其二,针对由于原件变形以及微小转动惯量变动引起的驱动器力矩损失问题,本文采用终端滑模（Terminal Sliding Mode,TSM）控制解决该问题,并且分析了基于李雅普诺夫的稳定性,以及系统在干扰下的鲁棒性。经过以上两个方面的优化,应用非线性刚度驱动器的柔顺机器人实现了精准的位置输出,为后续的柔顺机器人功能的开发奠定了良好的基础。