传统机器人具有高刚度、高运动精度和大的承载能力等特点。正因为传统机器人的高刚度特性,使得机器人在服务和康复领域的应用受到了限制。为了让机器人能够更广泛的应用到人类生活中,有必要让现代机器人根据不同的环境要求改变其刚度,变刚度可以解决传统机器人刚度单一固定的问题。本论文将结合机电一体化技术、控制技术、气动技术以及生物学技术等研制一款新型的既符合手臂外形、又能灵活改变刚度的仿人机械臂关节,并围绕气动关节的变刚度展开了研究;另外针对该变刚度机械臂进行了控制的研究,提高机器人对环境的适应能力,使变刚度柔性机械臂的性能更加稳定。让具有安全可靠、结构简单、便于控制和刚度变化范围广等优点的变刚度机械臂得到更广泛的应用。本论文的机械关节可以直接在小臂上加装机械手或夹爪,还可以直接安装在肩关节上,具有很高的仿人性。本文的主要研究内容具体如下:（1）首先研究了国内外变刚度机械臂关节的发展状况,综合分析了现有研究成果的优缺点;还对国内外针对变刚度手臂关节的控制方法进行了分析与研究;（2）总结了目前变刚度的主要机制:采用机械弹性元件改变刚度与采用柔性驱动器改变刚度;同时对变刚度的控制方法进行阐述;最终确定采用柔性驱动来实现机械关节的变刚度特性;（3）结合资料确定气动变刚度仿人机械臂的设计参数;进行机械臂的结构设计与优化,主要内容包括:结构布局方式、动力传递方式、尺寸外形等方面的优化;同时对关键零部件进行强度校核;装配实验样机。（4）利用仿真软件对本论文的变刚度仿人机械臂进行运动学仿真;建立结构的数学模型并利用MATLAB进行变刚度仿真,来验证该仿人机械臂具有变刚度特性;（5）设计气动回路与电气控制系统,结合实验样机搭建实验平台;进行运动实验和变刚度实验并与仿真结果作比较;最后验证了 PID控制方法对本实验的有效性;