软体机器人是机器人技术中新兴的一个分支领域,其因有良好的主被动适应性、适合在非结构化环境下工作以及高安全度等优点,吸引了国内外广泛的关注与研究。然而软体机器人普遍存在刚度不足或者刚度不可调控的问题,现有的颗粒阻塞变刚度技术因为内部颗粒摩擦机理复杂而无法建立有效的刚度模型,这些因素极大地阻碍了软体机器人真正进入实用研究阶段。因此开展相关研究是非常具有价值和意义的。本文主要工作目的是设计一种可加持于其它软体装置的可变刚度软体结构,并针对设计的变刚度结构提供出较为简单可靠的数学计算模型。主要内容包括:(1)归纳总结软体机器人实现变刚度的主要方法和原理,根据同步带在不同啮合状态下的力学特性,设计出一种新型的气动变刚度软体结构,该结构主要依靠内部齿的啮合实现刚度变化。针对啮合状态下的受力情况,优化了啮合齿的形状。(2)根据铁木辛柯深梁理论,并结合逐段刚化法,对复杂的内部结构进行适当简化,建立了软体基节在啮合前后的刚度数学模型,在理论上验证了该结构的有效性。选取啮合齿数作为啮合程度的特征指标,有效地规避了复杂的连续介质力学,从而建立简单有效的变刚度数学模型。(3)针对本文所设计的变刚度结构和数学模型,使用有限元软体ABAQUS进行验证分析。通过对啮合前后的软体基节进行建模、加载变形后处理分析,验证了该变刚度结构的有效性以及数学模型的正确性。通过对理论模型中所做的简化过程进行有限元分析,对比分析结果,对数学理论模型的准确性进行修正优化。(4)最后,搭建适用于软体基节刚度实验气动平台和测试实验平台,开展刚度实验,进一步验证了该结构与数学理论模型的有效性和准确性,并针对出现的预期外的结果作出分析,为理论成熟度与准确度的提升提供参考。本文设计了一种新型的变刚度软体基节,建立了简单有效的变刚度数学理论模型,并通过有限元的方法与实验方法验证该结构的有效性和数学模型的正确性。本文工作可以为其他变刚度结构的理论模型的建立提供思路与参考。