足式机器人在复杂位置环境下具备很强的环境适应能力，受到了国内外学者的广泛关注。机器人关节是机器人腿的重要组成部分，对足式机器人运动起着非常重要的作用。为了使机器人在完成各项作业要求的时候能够具备了更高的效能，机器人腿也需要模拟生物具备刚度可变的运动特征。这就对变刚度关节的基本研究理论，结构设计及变刚度控制思想提出了新的要求。本文通过对杠杆传动机构的运动机理进行分析，设计出以扭转弹簧作为弹性元件的旋转型可变刚度关节。首先，本文从变刚度原理方面入手，分析了可变刚度关节的国内外研究现状，在此基础上设计了基于变力臂杠杆机构的可变刚度关节，并对关节整体结构参数进行了分析，为关节参数优化提供理论支撑。本文以理论分析为指导进行了关节机械结构的综合设计，对重要结构零件和力矩传感器利用有限元分析软件对结构进行了分析与优化。在满足强度要求的前提下，尽量减小关节体积减轻重量，提高了关节的运动性能。其次，针对所设计的变刚度关节机械结构进行了驱动研究，分析得出了实现刚度及平衡位置调整所需的各关节模块之间运动参数；在此基础上对关节不同功能模块的力/位输出特性进行了理论计算，为关节选取了合适的驱动单元；对关节进行了静态加载状态下的力/位数学模型辨识研究，对关节输出特性进行了分析。最后，设计了可变刚度关节测试实验平台，搭建了基于xPC Target环境的硬件在环回路测试系统，利用“双机”模式实现对变刚度关节的实时控制。设计了变刚度关节输出单元力矩传感器的硬件电路并对传感器进行了标定，在此基础上对样机进行了刚度调节特性测试，实验验证了该关节结构能够实现关节刚度的调整。