机器人不再局限于在结构化环境下完成传统的工业生产,而是逐渐从封闭的作业空间中解放出来,进入非结构化环境,与人共融并协同作业。这就导致机器人容易与周围的物体及人类发生碰撞,从而使机器人本身在强烈冲击下被损坏,甚至对周围工作人员造成致命伤害。在人机协作过程中,为了保障人类以及机器人的安全性,使机器人关节具有柔顺性能显得十分有必要。基于拮抗原理的变刚度关节源于仿生学,它是实现关节柔顺非常重要的一种途径。因此,开展相关研究具有重要价值和意义。拮抗式变刚度关节最核心的部分是变刚度执行器,其主要包括弹性元件和拮抗力对。现有研究成果中,弹性元件与拮抗力串联布置,其弹性元件参与拮抗的形成。本文提出了一种新型变刚度实现方案,其线性弹簧与拮抗力并联布置,从而使弹性元件不再参与拮抗,有效消除了弹性元件的对抗作用,提高了承载能力和吸震储能能力;而极轻型弹性元件和钢丝绳的应用有效简化了变刚度执行器的结构细节,缩减了关节的质量和体积。同时,双柔顺特性为刚度调节提供了多方案,可以有效的提高刚度调节速度。本文的主要研究内容如下:（1）基于拮抗原理的变刚度执行器新机理研究。在文献调研基础上,分析了已有变刚度关节及执行器的优点和不足,提出新型变刚度执行器机理,并完成其变刚度执行器的模型设计。（2）数学模型构建及变刚度理论研究。构建了关于变刚度执行器变刚度特性的数学模型,对其变刚度特性进行理论分析。（3）仿真及实验研究。通过ADAMS和MATLAB对变刚度执行器进行关于变刚度性能的仿真分析,并进行了关于位置PID控制的联合仿真。最终搭建了试验平台,并通过试验数据与仿真结果进行对比分析,验证所提方案的可行性。