在机器人与人和环境的交互过程中,柔顺运动可以确保稳定的接触和操作的安全性,同时也能有效增强机器人运动性能,已经成为机器人未来发展的主要方向。利用扭矩传感器可以实现刚性机器人柔顺控制,然而随着机器人所需刚度持续降低,传感器灵敏度的增加,控制不稳定的几率也随之增加。机械式变刚度机器人关节在驱动部件与执行部件间串联或并联刚度可调的弹性环节,由于其良好的柔顺性和刚度可调特性,可以很大程度的提高人机安全性和环境适应性,受到越来越多的重视。但机械式变刚度机器人关节目前还处于变刚度原理和关节结构设计阶段。现有的关节还往往存在刚度变化能力不足、消耗能量高、以及结构不够紧凑等问题。绳索驱动式变刚度关节,采用类似于肱二头肌和肱三头肌组合的拮抗驱动方式,与人类关节的柔顺运动方式最为接近。然而绳索驱动拮抗式变刚度关节往往会存在关节刚度或输出力与关节位置的耦合问题,给控制器的设计工作带来很大挑战。该文针对绳索驱动的拮抗式永磁变刚度机器人关节特性和控制方法研究中所涉及的若干问题展开工作。（1）针对绳索驱动拮抗式变刚度机器人关节在绳索有效拉力范围内刚度变化能力不足的缺点,提出一种永磁变刚度部件。在绳索拉力一定的情况下,永磁弹簧的非线性和绳索单元的非线性组合使关节刚度的变化范围增加。同理可知,实现同样的关节刚度变化范围,用永磁弹簧代替传统定刚度金属弹簧的好处是可以减小所需绳索拉力,进而可以减小电机功率与体积。并利用虚位移法建立了永磁变刚度部件的绳索拉力与刚度的解析数学模型。（2）基于永磁变刚度部件设计了一种拮抗式变刚度机器人关节,建立了其刚度模型。采用梯形布局,构建了一种具有主被动柔顺性的拮抗式变刚度机器人关节,减小了变刚度关节的结构尺寸与重量,提升了了关节刚度调整能力。以并联机器人构型为基础,建立起关节的刚度,位置和变刚度部件的刚度映射关系,并利用雅可比矩阵和模型间静力学关系,得到变刚度机器人关节的刚度模型,此模型不仅可以用于现有关节刚度关系的描述,也同样适用于多自由度变刚度关节的刚度表征。（3）针对绳索驱动并联变刚度关节的位置与刚度耦合问题,提出了一种位置与刚度解耦混合控制策略,实现了变刚度机器人关节的位置与刚度解耦独立控制。并对该变刚度机器人关节的特性进行了介绍和实验验证。该变刚度关节具有较短的刚度调整时间,较大的刚度调整范围,以及较强的运动性能。上述实验不仅验证了该解耦控制方法的有效性,也同样证明了采用永磁变刚度部件的变刚度关节,实现同样关节刚度时具有节能特性。该解耦方法同样也适用于并联多自由度变刚度关节的控制。（4）针对变刚度关节的位置控制精度和稳定性问题设计了两种控制器。针对变刚度关节的位置控制精度受关节刚度变化影响大的缺点,设计了一种双闭环解耦控制器。通过动力学建模和稳定性判据,得到变刚度关节的控制器参数范围,改善了变刚度关节的位置控制效果。针对变刚度关节控制器对外界扰动敏感的缺点,设计了双环解耦鲁棒控制器。将不确定性刚度摄动和外部扰动代入约束条件,采用凸优化方法求解,得到最优H∞控制器。实现了关节的刚度与位置解耦控制的同时具有较好的扰动抑制能力。仿真分析与实验结果共同表明,关节处于不同刚度状态时,采用双环解耦鲁棒控制器都具有较好的位置响应能力和较强的扰动抑制能力。（5）设计了变刚度关节的主动柔顺控制器,并提出了外力补偿机制,实现了变刚度关节柔顺控制,提高了变刚度关节的位置跟踪精度。根据三维力矢量闭合原理,将绳索驱动式变刚度关节,看成是带有约束环节的串并联混联结构。考虑约束环节在绳索拉力和外力间的屏蔽作用,通过绳索空间、关节空间和操作空间的静力学分析,得到绳索拉力、外力与等效关节驱动力的力学模型。实现了不同刚度条件下的外力补偿,提高了变刚度关节的位置跟踪精度。