传统机器人关节大都采用纯刚性驱动,不具有本质上主动变刚度的能力,该类关节响应速度快,速度和位置控制准确,但是能量消耗大,主动和被动安全性不高,对工作环境的适应性差,需要在特定的结构化环境中工作。随着机器人在不同领域的广泛应用,机器人往往被要求能够完成各式各样复杂的任务,甚至需要与人进行互动交流,这对机器人的柔韧性和对环境的适应能力提出了更高的要求,为了机器人能够更安全的与人和任务对象进行互动交流,并在非结构化环境中具有良好的适应性,因此,具有好柔顺性、主／被动变刚度、高能量效率的仿生机器人是未来仿生机器人领域的重点研究内容。人体关节可以通过肌腱主动调节关节的刚度,对于仿生机器人来说,使机器人关节像人的肌肉一样在不同的姿态可以调节刚度从而适应不同的环境,同时降低能耗,保证安全是仿生机器人出色性能的体现,因此,研究可以主动或被动调节驱动器的刚度和固有振动频率的变刚度驱动执行器具有重要的实际意义。本文基于一种对抗驱动的曲柄滑块机构提出了一种仿生变刚度驱动关节,并对这种变刚度弹性关节的非线性刚度特性进行深入的研究,最后将变刚度弹性单元应用于仿生机器人的肩关节和肘关节,建立其三维虚拟模型,论文主要研究内容包括以下几点：1、研究现有变刚度装置单元的机械结构及其变刚度原理,确定本文所要采用的变刚度形式,基于曲柄滑块机构提出一种新型的对抗变刚度弹性驱动器。2、建立双曲柄滑块机构的运动学模型,分析双曲柄滑块机构的运动学、静力学特性,找到一些力和速度发生突变的点,规划出能实际应用的工作区间,为进一步分析后续变刚度特性做好基础准备。3、建立仿生对抗变刚度驱动关节的运动学和力学模型,对其进行变刚度特性分析,并通过MATLAB进行弹性变刚度驱动关节的结构优化,确定曲柄、滑轮的优化半径以及滑轮与曲柄铰链处的距离等参数。然后,着重分析和研究了变刚度弹性单元的等长收缩和等刚收缩的变刚度特性,为其以后实际应用打下坚实的理论基础。4、建立变刚度弹性单元的ADAMS虚拟样机模型,尤其对钢绳进行建模,对变刚度弹性单元的运动学、静力学、动力学以及变刚度特性进行仿真,并与MATLAB结果进行对比分析。5、对仿生对抗变刚度驱动关节进行SOLIDWORKS结构设计,建立变刚度弹性单元和仿生机器人手臂的三维模型,确定变刚度弹性单元的固定、装配、安装方式以及确定各驱动部件相关参数。