本文结合变刚度机构特点与机器人抛光需求,提出一种直线型变刚度机构,系统研究了该机构的概念设计、刚度建模、尺度综合及恒力输出控制方法,并搭建实物样机开展实验验证工作。主要研究成果如下:（1）基于改变弹簧片有效长度的变刚度原理,提出一种新型变刚度机构的结构设计方案。利用Euler-Bernoulli梁理论,在考虑弹簧片相对滑动对其有效长度影响的基础上,建立了该机构的力—位移模型与刚度模型。在此基础上,以保证机构的刚度调节范围和传动效率为目标,构造出优化机构尺度参数的非线性多目标优化问题,并得到其尺度参数的最优解,为机械结构的详细设计及样机开发提供了重要的理论依据。（2）通过静力学有限元仿真,得到弹簧片的相对挠度误差关于外载荷和其有效长度的变化规律,确定了该机构力—位移模型的准确程度;同时,得到变刚度机构在恒定载荷作用下位移随转角变化的仿真结果,通过与理论值的对比,证明了刚度模型对预测该机构位移变化的有效性。在此基础上,搭建变刚度机构实物样机和实验平台,针对机构的力—位移特性、转角—位移特性及刚度特性开展实验研究工作,实验结果进一步证明力—位移模型与刚度模型的有效性和准确性。（3）根据变刚度机构刚度变化规律,提出一种基于刚度控制的恒力输出控制方法。利用SIMULINK仿真环境验证了该控制方法的可行性,并得到控制系统中伺服电机的控制参数。在此基础上,搭建变刚度机构恒力输出控制系统硬件平台,在机构末端位移变化的情况下,针对其自身刚度调节能力和恒力控制能力开展实验研究工作,实验结果表明,机构末端载荷值在给定值附近小幅波动变化,进一步证明了所提控制方案的可行性与有效性。