二十世纪60年代开始,在工业领域上机器人技术得到了广泛应用,大大提高了工厂的生产效率。但随着机器人技术的不断发展,机器人应用的领域也越来越广,如医疗、服务等行业。而传统的工业机器人由于工作需求,关节刚度固定单一,无法根据实际的环境改变刚度,因此这类机器人无法很好地应用到与人类交互多的领域。在新的需求背景下,仿人变刚度机器人技术逐渐兴起并得到了长足的发展,仿人变刚度机器人可以根据实际环境的变化而改变自身的关节刚度,提高了机器人的柔顺性,同时也提高了人机交互时的安全性。本文通过对各种变刚度原理的综合比较,选择采用改变弹簧片有效工作长度、线性弹簧与非线性装置相结合这两种变刚度原理,设计两种与人体肘关节实际参数相近的仿人肘关节结构。论文的主要研究内容具体如下:(1)查阅相关文献,研究仿人变刚度关节的研究意义与发展前景,以及国内外科研机构对仿人变刚度关节的研究现状;(2)介绍两种变刚度结构的原理,同时对两种变刚度原理进行分析,并基于两种原理对仿人肘关节进行设计;(3)对两种原理的仿人变刚度肘关节分别进行结构设计与分析,主要对变刚度结构、电机选型、传动结构以及整体结构进行设计与强度校核;(4)利用分析软件Adams、ANSYS分别对两种仿人变刚度肘关节的变刚度性能进行仿真分析;(5)搭建其中一种变刚度关节的样机,并对其进行试验,从而得到关节整体实验结果并分析,进一步验证该结构的合理性。